IDTechEx se demande si le refroidissement par liquide dominera la gestion thermique des centres de données.

IDTechEx se demande si le refroidissement par liquide dominera la gestion thermique des centres de données.
Au cours des 16 dernières années, la puissance thermique (TDP) des GPU a quadruplé. Avec la demande croissante d'IA, de cloud computing et de crypto-mining, IDTechEx s'attend à ce que la consommation d'énergie des cartes de serveur et des centres de données continue d'augmenter. La vie commençant à revenir à la normale après la fin de la pandémie de Covid, IDTechEx a observé une expansion significative dans l'industrie des centres de données. Par exemple, les états financiers d'AMD pour le quatrième trimestre 2022 indiquent une augmentation de 42 % d'une année sur l'autre des recettes provenant de son segment des centres de données, ce qui témoigne d'une croissance rapide du marché. × mesure que l'industrie des centres de données prospère, le domaine de la gestion thermique des centres de données devrait également connaître une croissance significative. IDTechEx prévoit que d'ici 2033, le chiffre d'affaires annuel mondial du matériel de refroidissement liquide des centres de données dépassera 900 millions de dollars, ce qui représente une opportunité considérable pour les entreprises.
 
IDTechEx a récemment publié un nouveau rapport intitulé "Gestion thermique pour les centres de données 2023-2033", qui couvre l'adoption des technologies de refroidissement liquide, notamment le refroidissement direct des puces, le refroidissement par immersion, le refroidissement monophasé et biphasé, le liquide de refroidissement, les réglementations, les unités de distribution du liquide de refroidissement (CDU), et de nombreuses autres technologies clés.
 
La gestion thermique des centres de données peut être divisée en deux grandes catégories en fonction du moyen de refroidissement : le refroidissement par liquide et le refroidissement par air. Si le refroidissement par liquide a gagné en popularité ces dernières années, le refroidissement par air reste l'approche traditionnelle et la plus largement utilisée, car elle présente plusieurs avantages :
  • Facilité d'utilisation : Les solutions de refroidissement par air sont relativement simples à installer et à utiliser. Elles impliquent généralement l'utilisation de ventilateurs ou de dissipateurs thermiques pour dissiper la chaleur des composants, ce qui les rend faciles d'accès et conviviales. La familiarité et la simplicité des systèmes de refroidissement par air les rendent pratiques pour les opérateurs de centres de données.
  • Un succès établi : Le refroidissement par air a fait ses preuves depuis longtemps en matière de gestion thermique dans les centres de données. De nombreux utilisateurs finaux de centres de données ont investi des ressources importantes dans la construction et l'optimisation d'infrastructures refroidies par air.
  • Fonctionnement sans liquide : Contrairement aux solutions qui s'appuient sur des liquides de refroidissement et la circulation de liquides, le refroidissement par air élimine le besoin de composants et d'infrastructures liés aux liquides. Les risques tels que les fuites, les pannes de pompe ou l'évaporation du liquide de refroidissement sont ainsi éliminés. L'absence de liquide dans les systèmes de refroidissement par air simplifie la maintenance et réduit les risques de dysfonctionnement ou d'interruption de fonctionnement.
Cependant, malgré les avantages du refroidissement par air, sa faible capacité thermique spécifique limite son efficacité à répondre aux demandes croissantes de refroidissement des centres de données modernes. Pour relever ce défi, le refroidissement par liquide est apparu comme une solution viable. Le refroidissement par liquide exploite la capacité thermique spécifique plus élevée des liquides, ce qui les rend plus efficaces pour dissiper la chaleur. Il existe deux types courants de méthodes de refroidissement par liquide : le refroidissement direct sur la puce (plaque froide) et le refroidissement par immersion.
 
Le refroidissement par plaque froide consiste à monter une plaque froide directement sur les sources de chaleur telles que les CPU et les GPU, avec une couche de matériau d'interface thermique (TIM) entre les deux. Le liquide de refroidissement à l'intérieur de la chambre de la plaque froide absorbe et transfère la chaleur loin des composants. En revanche, le refroidissement par immersion immerge les sources de chaleur dans un liquide de refroidissement, ce qui permet un contact direct et une dissipation efficace de la chaleur.
 
La collaboration entre les fournisseurs de serveurs et les fabricants de plaques froides a accéléré l'adoption du refroidissement par plaques froides. Des solutions intégrées (serveurs avec plaques froides installées) sont proposées directement aux utilisateurs finaux. Bien que le refroidissement direct des puces ait démontré d'excellentes performances, l'expertise limitée des utilisateurs finaux en matière d'intégration des plaques froides sur leurs serveurs standard a été un facteur limitant l'adoption de ce type de solutions. Un exemple de cette collaboration est le partenariat entre CoolIT Systems et Intel pour développer des solutions de refroidissement direct spécialement conçues pour les processeurs Intel Xeon Scalable. En tirant parti des collaborations et des solutions intégrées, les utilisateurs finaux bénéficient du refroidissement par plaques froides, notamment d'une efficacité accrue et d'un rendement partiel de l'utilisation de l'énergie (pPUE) plus faible, sans les complexités de l'intégration.
 
Une autre technologie émergente de refroidissement par liquide est le refroidissement par immersion, qui offre d'excellentes performances de dissipation de la chaleur avec des pPUE aussi bas que 1,01. Cependant, plusieurs problèmes ont limité l'adoption à grande échelle du refroidissement par immersion :
  • Complexité : le refroidissement par immersion nécessite des modifications importantes des cartes de serveur existantes. Les serveurs étant directement immergés dans le liquide de refroidissement, des facteurs tels que la compatibilité des matériaux entre les serveurs et les fluides de refroidissement doivent être pris en compte, ce qui ajoute de la complexité et des coûts supplémentaires au processus de mise en œuvre.
  • Le manque d'expertise : Le refroidissement par immersion en est encore à ses débuts, et le marché ne dispose pas d'une expertise et d'une expérience suffisantes pour mettre en œuvre et gérer cette technologie.
  • Coûts initiaux et maintenance élevés : L'adaptation des centres de données existants refroidis par air au refroidissement par immersion peut s'avérer coûteuse. Le refroidissement par immersion présente également les dépenses d'investissement initiales (CAPEX) les plus élevées en termes de coût par watt. En outre, les coûts de maintenance et d'exploitation peuvent également être plus élevés que pour d'autres méthodes de refroidissement. Cependant, en raison de la dissipation efficace de la chaleur, les économies d'énergie à long terme rendent le refroidissement par immersion rentable pour les utilisateurs de centres de données.
  • Demande limitée : Bien que les besoins en énergie des centres de données aient augmenté, IDTechEx estime qu'une combinaison de refroidissement par air et de refroidissement direct de la puce peut répondre de manière adéquate aux demandes de refroidissement à court et à moyen terme pour les principales applications. Le besoin urgent de refroidissement par immersion n'existe pas actuellement sur le marché.
 
Efficacité partielle de l'utilisation de l'énergie (pPUE) pour les approches de refroidissement des centres de données. Source : IDTechEx : IDTechEx
 
En conclusion, la demande d'une plus grande capacité de refroidissement est à l'origine de la croissance rapide du refroidissement par liquide, en particulier sous la forme d'un refroidissement direct de la puce/de la plaque de refroidissement. Cette croissance offre de nombreuses opportunités aux fabricants de serveurs, aux opérateurs de centres de données, aux fournisseurs de liquides de refroidissement et aux fournisseurs d'unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU)/de pompes. D'autre part, le refroidissement par immersion devrait être initialement adopté par des acteurs majeurs tels que Microsoft et Meta. Cependant, l'adoption généralisée peut prendre du temps en raison de facteurs tels que les coûts élevés, l'expertise limitée et les exigences en matière de maintenance. La collaboration entre les entreprises de la chaîne d'approvisionnement du refroidissement par immersion des centres de données sera cruciale pour une mise en œuvre plus large. Néanmoins, le refroidissement par immersion offre des opportunités significatives pour diverses entreprises, telles que les fournisseurs de liquide de refroidissement. Pour des informations plus détaillées, veuillez consulter le dernier rapport d'IDTechEx intitulé "Gestion thermique pour les centres de données 2023-2033"