Comment fonctionne l'immersion cooling ?

Comment fonctionne le refroidissement par immersion ?

Le système de refroidissement par immersion consiste essentiellement à immerger complètement un serveur dans un liquide diélectrique. Ce type de liquide ne conduit pas l'électricité ; il est donc totalement sûr pour les composants électroniques d'être émergés sans risque de court-circuit et d'oxydation.

De cette manière, toute la chaleur résiduelle générée par les composants est capturée par le liquide diélectrique à l'intérieur du réservoir, qui est capable d'absorber environ 1 500 fois plus de chaleur que l'air, pour le même volume. La chaleur est ensuite acheminée vers un échangeur de chaleur où elle est refroidie par un échangeur de chaleur secondaire air-liquide ou liquide-liquide, avant d'être dissipée ou réutilisée.

Pourquoi choisir le refroidissement par immersion ?

Un centre de données est une installation composée de nombreux serveurs, ordinateurs et réseaux qui produisent une grande quantité de chaleur, appelée "chaleur fatale" ou "chaleur résiduelle". Cette chaleur est générée par la conversion par effet Joule de l'énergie électrique en chaleur. Dans un serveur de données, l'énergie de tous les composants informatiques est convertie en chaleur.

Il a été prouvé que la chaleur est contre-productive pour tout type d'équipement informatique et peut altérer ses performances et sa durée de vie. Pour pallier ce problème, les centres de données sont constamment refroidis afin d'être maintenus à une température stable. En général, le refroidissement se fait par des unités énergivores comme les ventilateurs, qui ont un impact négatif sur l'environnement à long terme.

De nos jours, les questions environnementales sont au centre de tous les débats. Les anciennes techniques de refroidissement ne sont plus satisfaisantes. Que pouvons-nous faire ? Arrêter les serveurs est impensable, sachant que la croissance du marché mondial des centres de données devrait être supérieure à 2 % de 2019 à 2025 et sa valeur atteindre 105,6 milliards de dollars en 2026 (Mordor Intelligence). Nous ne pouvons pas non plus ignorer que cette industrie devrait consommer 20% de l'approvisionnement énergétique mondial d'ici 2025 (Danfoss).

Ces chiffres prouvent l'importance des nouvelles technologies et l'urgence d'essayer de réduire l'empreinte carbone des centres de données dans le monde. 2CRSi a compris l'urgence et travaille chaque jour à la création et au développement de nouvelles méthodes pour refroidir les équipements informatiques dans tous les types d'environnements, comme refroidissement direct par liquide ou le refroidissement par immersion.

Votre infrastructure consomme plus de 80 kW par rack ? Vous avez besoin d'une densité extrême, de flexibilité ? D'une solution extérieure ? Vous souhaitez réduire les coûts de maintenance et augmenter l'efficacité énergétique ? Le refroidissement par immersion peut être la solution pour vous.

Refroidissement par immersion monophasé

Avec le refroidissement par immersion monophasé , les serveurs sont totalement immergés verticalement dans un bain de refroidissement rempli d'un liquide diélectrique à base d'hydrocarbures. La chaleur produite est alors transférée au liquide de refroidissement par contact direct avec les composants. Il est ensuite envoyé dans une tour de refroidissement à travers une unité de distribution de refroidissement (CDU) pour être refroidi et renvoyé dans le réservoir.

Le système de refroidissement par immersion 1 phase est simple, abordable, plus facile à gérer et nécessite moins de maintenance.

Voici un résumé des avantages du refroidissement liquide monophasé par rapport au refroidissement par air :

Fonctionnement silencieux
CAPEX et OPEX plus bas (par kW)
Meilleur TCO (par kW)
Environ 10x plus de capacité de rejet de la chaleur
Moins d'espace requis
Plus d'efficacité énergétique et de durabilité

Refroidissement par immersion à deux phases

Avec le refroidissement par immersion biphasé , les serveurs sont placés dans un réservoir rempli d'un liquide à base de fluorocarbone. Ce liquide a un point d'ébullition bas et la chaleur générée par les composants le fait bouillir assez facilement. Le liquide en ébullition est le cœur du système diphasique, car la chaleur transforme le liquide en gaz, provoquant un changement de phase.

La vapeur passe par un serpentin de condensation refroidi à l'eau, placé dans la partie supérieure des racks étanches. À l'intérieur, la vapeur est retransformée en liquide qui s'écoule à nouveau dans le réservoir pour être recyclé dans le système.

Le système diphasique présente deux inconvénients : le liquide à base de fluorocarbone est cher et doit être manipulé avec précaution.

Voici un résumé de la solution de refroidissement liquide diphasique :

Fonctionnement silencieux
Mise en place plus rapide que le refroidissement par air
Moins d'espace requis
CAPEX et OPEX plus faibles (par kW)
Meilleur TCO (par kW)
Meilleure efficacité de toutes les formes de refroidissement
Capacité de rejet de la chaleur environ 2x supérieure (par rapport au monophasé)
La chaleur fatale peut être réutilisée

Les serveurs 2CRSi conçus pour l'immersion

Chez 2CRSi, nous concevons et fabriquons une gamme de serveurs faits pour l'immersion, basées sur les retours de nos clients et sur les connaissances de nos experts. Nos solutions peuvent répondre à différents besoins, des génériques aux applications de calcul à haute densité et de calcul.

Notre gamme de serveurs conçus pour l'immersion

Quelle est l'efficacité du refroidissement par immersion liquide ?

Par rapport à d'autres systèmes de refroidissement tels que le refroidissement par air, l'utilisation du refroidissement par immersion réduit considérablement le coût total de possession (TCO). Il s'agit du coût d'achat d'un bien plus le coût de son exploitation pendant sa durée de vie utile.

Améliore la durée de vie du matériel informatique de 20 %, réduisant ainsi les coûts de remplacement,
30% d'économie sur le TCO,
39% de réduction des émissions de carbone,
91% de réduction de la consommation d'eau,
Réduction de la pollution sonore.

Le refroidissement par immersion permet une certaine homogénéité de température par rapport aux autres méthodes de refroidissement grâce au fluide diélectrique. Par conséquent, les composants ne sont pas autant soumis à des changements brusques de température.

Les conditions de travail peuvent être difficiles lorsqu'il s'agit d'un centre de données conventionnel utilisant le refroidissement par air. Le bruit ambiant peut atteindre jusqu'à 90 décibels, ce qui entraîne des conditions de travail difficiles, voire dangereuses. Avec un système de refroidissement par immersion, les ventilateurs sont hors de l'équation, ce qui évite la pollution sonore.

L'utilisation du refroidissement par immersion dans un data center entraîne également une réduction des émissions de carbone jusqu'à 39 % et de la consommation d'eau jusqu'à 91 %, selon nos propres recherches.

Le refroidissement par immersion : pour quels domaines d'application ?

L'aspect le plus intéressant du refroidissement par immersion est que ses domaines d'application sont vastes et s'étendent à de nombreuses industries différentes. Votre cœur de métier exige une puissance de calcul élevée et une faible latence ? Le refroidissement par immersion est la meilleure solution pour traiter cette quantité de données et gérer la chaleur produite.

En bref : des industries comme le cloud gaming et le cloud computing, la santé, l'IoT et l'Edge ou la surveillance bénéficieraient de serveurs refroidis à l'aide d'un système de refroidissement par immersion.

Refroidissement par air vs Refroidissement par immersion

Comparaison de la consommation d'eau de deux centres de données

Un système de mesure appelé WUE (Water Use Efficiency) a été créé pour mesurer la consommation d'eau et d'énergie dans les centres de données. Cette mesure est calculée en divisant la source d'énergie annuelle du centre de données et les utilisations d'eau du site (en litres) par la consommation totale d'énergie informatique.

		Data Center A Refroidissement par air	Data Center B Refroidissement par immersion
Électricité	Consommation électrique totale du matériel informatique	4.2 MW	3.36 MW
	Puissance totale de l'installation	5.7 MW	3.5 MW
Eau	Consommation quotidienne d'eau du site	507 300 L	43 750 L
	Source d'énergie eau par an	94.07 million L	57 million L
	Consommation d'eau du site par an	185.16 million L	15.97 million L
WUE	Site WUE	7.59 L/kWh	2.48 L/kWh

Comparaison de l'empreinte carbone de deux centres de données

Les émissions de carbone proviennent principalement de l'extraction des matières premières et de leur transformation en composants électroniques, ainsi que de la production d'électricité. L'empreinte carbone de chaque pays est différente.

En France, 1kWh d'électricité équivaut à 0,014 kg de CO2. Grâce aux centrales nucléaires, l'empreinte carbone de la France est inférieure à celle des États-Unis, qui atteint 0,454 kg de CO2 pour 1 kWh d'électricité.

Le CUE (Carbon Usage Effectiveness) est une métrique qui calcule et détermine la quantité de gaz carbonique émise quotidiennement par un centre de données. Elle a été développée par le Green Grid et adoptée dans le monde entier. Elle est calculée en divisant le total des équivalents d'émissions de CO2 de la consommation d'énergie de l'installation par la consommation totale d'énergie informatique.

		Data Center A Refroidissement par air	Data Center B Refroidissement par immersion
Électricité	Capacité	12 000 serveurs	12 000 serveurs
	Consommation électrique moyenne (par serveur)	350 W	280 W*
	Consommation électrique totale du matériel informatique	4.2 MW	3.36 MW
	Frais généraux de refroidissement	30%	2%
	Frais généraux de l'électricité	6%	1%
	PUE effectif (Power Usage Effectiveness)	1.36	1.03
	Puissance totale de l'installation	5.7 MW	3.5 MW
	Consommation d'énergie par an	50 million kWh	30.3 million kWh
CO2	États-Unis : Émissions de carbone par an	22.7 million kgCO2	13.8 million kgCO2
	France : Émissions de carbone par an	5.2 million kgCO2	3.2 million kgCO2
CUE	USA : CUE effectif	0.62 kg CO2/kWh	0.47 kg CO2/kWh
	France : CUE effectif	0.14 kg CO2/kWh	0.12 kg CO2/kWh

*réduction due à la suppression des ventilateurs

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