Refroidissement Liquide Direct pour Datacenters​

Les serveurs sont devenus essentiels à notre vie quotidienne, sans vraiment que l’on s’en rende compte. D'autant plus que les institutions, les entreprises et les consommateurs utilisent quotidiennement le Cloud. Le nombre de data centers ne cesse d'augmenter. Les composants deviennent également de plus en plus puissants et génèrent donc de plus en plus de chaleur. Bien qu'encore largement utilisés dans les data centers, le potentiel des systèmes traditionnels de refroidissement par air est limité, surtout si l'on tient compte de l'impact environnemental. Quelques technologies basées sur le liquide ont émergé, dont le refroidissement liquide direct (DLC).

Contrairement au refroidissement par immersion, le refroidissement liquide direct ne nécessite pas de plonger intégralement un serveur dans un fluide caloporteur.

Le refroidissement liquide direct est une technique de refroidissement de serveurs qui fait circuler un fluide caloporteur (généralement de l'eau ou un mélange eau-glycol) à travers des plaques froides montées directement sur les composants générant le plus de chaleur : CPU, GPU et mémoire. La chaleur est absorbée au niveau de la puce et transférée au fluide caloporteur, qui est ensuite acheminé vers un échangeur thermique ou une unité de distribution de refroidissement avant d'être remis en circulation. ​

Ce contact thermique direct avec la puce rend le DLC nettement plus efficace que le refroidissement par air, qui repose sur des ventilateurs pour faire circuler l'air ambiant sur les composants, et plus accessible que le refroidissement par immersion, qui nécessite des bacs spécialement conçus et des serveurs entièrement immergés. Les systèmes DLC captent 70 à 80 % de la chaleur du serveur au niveau de la puce, un système de refroidissement par air complémentaire gérant les 20 à 30 % restants provenant de la mémoire, du stockage et des composants réseau. ​

Deux variantes de DLC existent :

• DLC à boucle unique : un circuit de fluide unique relie la plaque froide directement à l'infrastructure de refroidissement de l'installation
• DLC à double boucle : une boucle primaire gère la chaleur au niveau de la puce, tandis qu'une boucle secondaire se connecte au circuit d'eau de l'installation, maintenant les deux boucles thermiquement isolées pour plus de sécurité et de flexibilité

Le refroidissement liquide direct atteint systématiquement un PUE compris entre 1,05 et 1,10, contre 1,4 à 1,8 pour les installations refroidies par air traditionnelles (Uptime Institute, 2024). Les déploiements réels confirment cet impact : au centre de recherche GWDG en Allemagne, le déploiement du DLC a fait passer la densité de puissance par rack de 23,5 kW à 96 kW et a amélioré le PUE de 1,24 à 1,07 (CoolIT Systems, 2024).

Le marché du refroidissement liquide devrait croître de 5,52 milliards de dollars en 2025 à 15,75 milliards de dollars d'ici 2030, avec un taux de croissance annuel composé de 23,31 %, le DLC représentant déjà 47 % des parts de marché et étant déployé dans 22 % des datacenters dans le monde (Introl, 2025).

Efficacité énergétique et durabilité

Il n'est pas étonnant de voir que le facteur environnemental joue un rôle important dans le choix d'une solution de refroidissement. Il a été prouvé que le refroidissement par air est celui qui a le plus d'impact négatif sur la planète en raison des nombreux ventilateurs qui ont besoin de beaucoup d'électricité pour fonctionner. Par conséquent, les coûts énergétiques sont élevés, plus élevés que l'utilisation d'une solution de refroidissement liquide telle que le refroidissement par liquide directement sur la puce.

​Lorsque l'on compare le refroidissement par air et le refroidissement par liquide, le calcul du PUE (Power Usage Effectiveness) est essentiel. Il évalue l'efficacité des centres de données ou des infrastructures technologiques en matière d'utilisation énergétique. Plus le PUE est élevé, moins le datacenter est efficace, ce qui a un impact sur les coûts énergétiques.

Un PUE de 1,2 est désormais considéré comme excellent pour les datacenters refroidis par air. Mais avec la directive européenne sur l'efficacité énergétique imposant un PUE inférieur à 1,3 d'ici 2030 pour les nouvelles installations, et Singapour exigeant déjà un PUE inférieur à 1,2, la pression pour adopter des technologies de refroidissement avancées n'a jamais été aussi forte.

Selon l'enquête mondiale 2024 de l'Uptime Institute sur les datacenters, les propriétaires et opérateurs de datacenters ont déclaré un PUE annuel moyen de 1,54 pour leurs plus grandes installations, montrant que malgré des années d'efforts d'optimisation, la moyenne du secteur a à peine évolué. La raison principale : la grande majorité des datacenters repose encore sur le refroidissement par air traditionnel.

Le DLC peut également être utilisé pour réutiliser la chaleur fatale en redirigeant le liquide chauffé vers le système de chauffage d'un bâtiment ou de toute autre infrastructure.

Flexibilité et facilité d'adaptation

La plupart des data centers possèdent encore un système de refroidissement par air. Le passage à une nouvelle solution de refroidissement, telle que le refroidissement liquide direct, peut sembler compliqué. Cependant, l'infrastructure existante du data center peut être réutilisée moyennant une reconstruction et une modification mineure. Ce processus est appelé "rétrofit". Lorsqu'une installation passe par ce processus, des options rentables sont proposées pour augmenter l'efficacité et/ou la capacité sans modifier l'infrastructure du bâtiment.

Réduction de la pollution sonore

Le refroidissement direct par liquide nécessite moins de ventilateurs, ce qui réduit considérablement la pollution sonore et crée un meilleur environnement de travail pour les techniciens de maintenance qui peuvent rester plus longtemps à l'intérieur du data center et se concentrer pleinement.​

Les datacenters refroidis par air génèrent entre 85 et 95 dBA dans les allées chaudes, nécessitant le port de protections auditives et limitant le temps d'exposition des techniciens. Les installations utilisant le refroidissement liquide direct fonctionnent à 65-75 dBA, soit un niveau comparable à une conversation normale.

Amélioration de la densité par rack

Le refroidissement par air supporte en pratique entre 20 et 40 kW par rack. Le refroidissement liquide direct permet d'atteindre 100 à 200 kW par rack, soit une amélioration de densité de 5x, critique pour les infrastructures IA et GPU de nouvelle génération (Uptime Institute / Introl, 2024).

Impact financier du DLC

Le DLC peut réduire la consommation d'énergie liée au refroidissement jusqu'à 72,4 %, avec des analyses de CoolIT Systems suggérant des économies annuelles potentielles d'environ 259 000 dollars par MW de charge thermique informatique (ScienceDirect, 2025).

Les serveurs 2CRSi refroidis par liquide

La gamme OCtoPus

Depuis le premier jour, 2CRSi croit en la solution de refroidissement liquide pour refroidir ses serveurs. L'OCtoPus est une gamme de serveurs basée sur les principes de l'OCP, comprenant des serveurs utilisant les trois principaux types de systèmes de refroidissement, le refroidissement liquide direct étant l'un d'eux.

OCtoPus 2GG

L' OCtoPus 2GG en 1OU 21" est composé de deux nœuds lames, de deux sockets pour les processeurs AMD EPYC™ 9004. Nos serveurs DLC sont équipés de connecteurs blindmates étanches, qui doivent être fixés aux manifolds. Ce design a été conçu pour simplifier le travail des techniciens lors de la maintenance : plus besoin de déconnecter les tuyaux, il suffit de tirer le serveur vers l'arrière pour le retirer de la baie !​