Par Jeremy Cook
Les centres de données consomment d'énormes quantités d'électricité. Cette consommation est un compromis raisonnable pour les commodités informationnelles modernes que nous tenons facilement pour acquises. Toutefois, la hausse spectaculaire des prix de l'énergie due à l'instabilité internationale et à l'inflation signifie que les opérateurs de serveurs examinent de près la quantité d'énergie consommée par leurs systèmes.
Outre la diminution des coûts de base, la réduction de la consommation d'énergie a des effets bénéfiques qui sont plus difficiles à mesurer, mais qui sont tout de même significatifs. La question qui se pose alors est : « Comment les centres de données peuvent-ils améliorer leur efficacité ? »
Ces idées peuvent vous aider à améliorer l'efficacité de vos serveurs.
Processeurs de centre de données (x86 vs ARM)
Les processeurs ARM ne sont historiquement pas courants dans les rôles de serveur. Mais l'architecture ARM, appréciée pour son efficacité énergétique et sa conception physiquement intégrée (dominante sur le marché des smartphones), est de plus en plus répandue dans les rôles informatiques généraux et de serveur. Les exemples d'informatique générale les plus significatifs sont les processeurs M1 à M3 d'Apple, qui offrent de nombreux avantages par rapport aux périphériques x86 plus massivement répandus aujourd'hui.
Alors que x86ARM reste la principale architecture utilisée dans les serveurs aujourd'hui, ARM permet des implémentations matérielles étroitement intégrées qui se traduisent par un excellent rapport puissance/performance. Les entreprises qui exploitent ARM aujourd'hui incluent les suivantes :
- Ampere : le concepteur de semi-conducteurs Ampere se concentre sur des solutions efficaces et performantes basées sur l'architecture ARM. Lancée en mai 2023, leur ligne de traitement phare AmpereOne comprend jusqu'à 192 cœurs de calcul, lui permettant de gérer des applications extrêmement exigeantes. Il a été démontré que les solutions d'Ampere basées sur l'architecture ARM améliorent les performances par rapport aux conceptions x86 tout en réduisant la consommation d'énergie et l'encombrement des baies.
- NVIDIA : commercialisée en août 2023, la plate-forme informatique Grace Hopper GH200 basée sur l'architecture ARM de NVIDIA est « conçue pour en faire plus avec moins ». Elle implémente 144 cœurs ARM dans deux matrices CPU et comprend une interconnexion puce à puce de 900 Go/s. Le système répond aux demandes croissantes des centres de données, tout en doublant les performances de calcul par watt.
Si les gains de performance potentiels sont intéressants, l'utilisation de l'architecture ARM présente encore des inconvénients, notamment des options logicielles moins nombreuses que pour les processeurs x86. X86 est la norme depuis des années : de nombreuses applications serveur et informatiques générales sont écrites pour elle. Même si le paradigme x86 présente toujours une option intéressante, si l'efficacité énergétique est primordiale, l'architecture ARM mérite d'être réexaminée. Elle pourrait passer d'une option de serveur de niche à quelque chose de plus courant.
Efficacité de l'alimentation électrique
Les alimentations électriques typiques prennent le courant alternatif (par exemple, 120 V CA) et l'inversent/le réduisent à 12V CC, 5 V CC et 3,3 V CC pour l'utilisation informatique. Ce type d'inversion/de conversion entraîne de manière inhérente une perte d'énergie, mais ce niveau de perte varie en fonction de la qualité de l'alimentation électrique. Heureusement, les alimentations électriques se sont améliorées. Leur efficacité est indiquée par une note « 80 Plus ». L'appellation 80 Plus faisait référence à une efficacité de conversion de 80 % ou plus lors du lancement du programme en 2004. Au fur et à mesure de l'amélioration des fournitures, cette appellation a été étendue à différentes couleurs indiquant le degré d'amélioration par rapport à 80 %.
Pour une conversion/inversion à partir de 115 volts, les classements 80 Plus possibles sont les suivants :
- 80 Plus White (standard) : au moins 80 % d'efficacité sur toute sa plage de fonctionnement.
- 80 Plus Gold : au moins 87 % d'efficacité à 20 % de charge, 90 % d'efficacité à 50 % de charge, 87 % d'efficacité à 100 % de charge.
- 80 Plus Titanium : efficacité d'au moins 90 % à 10 % de charge, 92 % d'efficacité à 20 % de charge, 94 % d'efficacité à 50 % de charge, 90 % à 100 % de charge.
D'un point de vue coût/bénéfice, les concepteurs de systèmes doivent déterminer le rendement d'alimentation le mieux adapté à leur objectif. Par exemple, une alimentation 80 Plus Gold fonctionne avec une efficacité de 90 % à une charge de 50 %, donc si le choix doit se faire entre une plus grande alimentation Gold fonctionnant à une efficacité optimale et une alimentation Titanium plus petite fonctionnant à une efficacité de 90 % lorsqu'elle est chargée à 100 %, l'option Gold pourrait être préférable. Dans ce cas, l'option Gold permettrait également d'augmenter la puissance qui pourrait être appliquée à l'avenir, bien que potentiellement avec une efficacité moindre.
Option de gestion de la puissance du centre de données 48 V CC
Comme expliqué, les serveurs sont traditionnellement alimentés par du courant alternatif qui est abaissé et inversé en 12 V CC pour alimenter les processeurs, la mémoire vive et d'autres éléments informatiques. Les concepteurs de systèmes ont longtemps pris en compte le type d'alimentation CA utilisé (par exemple, 120 V CA par rapport à des tensions plus élevées), mais une tendance plus récente consiste à utiliser 48 V CC pour la distribution d'énergie, qui est ensuite ramené à 12 V CC plus près de l'endroit où il est utilisé. La méthode 48 V CC permet une transition beaucoup plus facile que la réduction/inversion complète à partir de 120 V CA et peut être plus efficace du point de vue de la puissance électrique et de la densité des systèmes.
Solutions créatives pour l'efficacité énergétique du refroidissement des centres de données
Les serveurs génèrent beaucoup de chaleur qui doit être évacuée. Les alimentations électriques et la distribution 48 V CC présentent des options d'efficacité qui peuvent se traduire par une génération de chaleur réduite. Une configuration en rack de serveur 1U par rapport à la conception 2U plus spacieuse peut également être envisagée. La conception 2U offre plus d'espace pour le refroidissement, ainsi que des composants plus grands et potentiellement plus efficaces, bien que la mise en œuvre spécifique dictera les avantages réels en termes de refroidissement et d'efficacité.
La géographique peut constituer un autre facteur. Les serveurs situés dans un climat froid peuvent nécessiter moins de refroidissement. En plus d'expulser simplement la chaleur, les serveurs de ces environnements peuvent même pomper de l'air chaud dans le réseau de chauffage d'une ville, de la même manière que les compteurs électriques bidirectionnels permettent aux propriétaires d'envoyer l'énergie excédentaire vers le réseau électrique. En fonction de l'emplacement et de l'infrastructure disponible, il peut être possible de transformer cette chaleur résiduelle en une ressource énergétique qui compense une partie des dépenses liées à l'apport d'énergie.
Options d'efficacité du centre de données
Alors que le prix de l'électricité augmente, de nouvelles solutions sont continuellement développées, telles que la distribution d'énergie 48 V CC et les alimentations électriques ultra-efficaces. Les solutions innovantes et les meilleures pratiques éprouvées en matière d'énergie dans les centres de données nécessitent généralement une mise de fonds. Pourtant, avec l'augmentation des prix de l'énergie et les préoccupations environnementales, l'acquisition de nouveaux équipements peut être plus facilement justifiée, contribuant ainsi de manière positive aux résultats et à la réputation de l'entreprise.
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