Un centre de données est une salle, un bâtiment ou une installation physique qui abrite l’infrastructure informatique nécessaire à la création, à l’exécution et à la fourniture d’applications et de services. Il stocke et gère également les données associées à ces applications et services.
Les centres de données étaient au départ des installations privées et étroitement contrôlées sur site, abritant une infrastructure informatique traditionnelle affectée à l’usage exclusif d’une seule entreprise. Récemment, ils sont devenus des installations à distance ou des réseaux d’installations appartenant à des fournisseurs de services cloud (CSP). Ces centres de données CSP hébergent une infrastructure informatique virtualisée pour une utilisation partagée par plusieurs entreprises et clients.
Les centres de données remontent aux années 1940. Achevé en 1945 à l’université de Pennsylvanie, l’Electrical Numerical Integrator and Computer (ENIAC) de l’armée américaine est un des premiers exemples de centre de données qui exigeait un espace dédié pour abriter ses énormes machines.
Au fil des ans, les ordinateurs ont évolué vers une plus grande efficacité en termes de taille, nécessitant moins d’espace physique. Dans les années 1990, les micro-ordinateurs ont fait leur apparition, réduisant considérablement la surface occupée par les opérations informatiques. Ces micro-ordinateurs, qui ont commencé à remplir les anciennes salles d’ordinateurs centraux, sont devenus des « serveurs », et les salles ont été baptisées « centres de données ».
L’avènement du cloud computing au début des années 2000 a considérablement bouleversé le paysage traditionnel des centres de données. Les services cloud permettent aux organisations d’accéder à des ressources informatiques à la demande, via Internet et avec une tarification à l’usage, ce qui permet d’augmenter ou de réduire les capacités en fonction des besoins.
En 2006, Google a lancé le premier centre de données à grande échelle à The Dalles, dans l’Oregon. Cette installation hyperscale occupe actuellement 120 000 mètres carrés et emploie environ 200 opérateurs de centres de données.1
Selon une étude de McKinsey & Company, le secteur devrait croître de 10 % par an jusqu’en 2030, et les dépenses mondiales pour la construction de nouveaux centres atteindraient 49 milliards de dollars américains.2
Il existe différents types de centres de données, qu’une même entreprise peut utiliser en parallèle, selon ses workloads et ses besoins.
Centres de données d’entreprise (sur site)
Ce modèle de centre de données héberge l’ensemble de l’infrastructure informatique et des données sur site. De nombreuses entreprises choisissent les centres de données sur site. Ils permettent un meilleur contrôle sur la sécurité des informations et peuvent se conformer plus facilement à des réglementations telles que le Règlement général sur la protection des données (RGPD) de l’Union européenne ou la loi américaine HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act). Dans un centre de données d’entreprise, l’entreprise est responsable de toutes les tâches de déploiement, de surveillance et de gestion.
Centres de données cloud publics et centres de données hyperscale
Les centres de données cloud (également appelés centres de données cloud computing) hébergent les ressources d’infrastructure informatique utilisées par des dizaines, voire des millions de clients, grâce à une connexion Internet.
La plupart des méga centres de données cloud, appelés également « centres de données hyperscale », sont gérés par les principaux fournisseurs de services cloud tels qu’Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform, IBM Cloud et Microsoft Azure. Ces entreprises disposent d’importants centres de données dans toutes les régions du monde. Ainsi, IBM exploite plus de 60 centres de données IBM Cloud répartis dans le monde entier.
Les centres de données hyperscale sont plus grands que les centres de données traditionnels et peuvent couvrir des millions de mètres carrés. Ils contiennent généralement au moins 5 000 serveurs et des kilomètres d’équipements de connexion, et peuvent parfois atteindre 6 000 mètres carrés.
Les fournisseurs de services cloud ont généralement des centres de données périphériques (« Edge Data Centers » ou EDC) plus petits et situés plus près des clients cloud (et des clients de ces derniers). Les centres de données péripériques constituent la base de l’edge computing, un framework informatique distribué qui rapproche les applications des utilisateurs finaux. Les centres de données périphériques sont idéaux pour les workloads en temps réel et à forte intensité de données, par exemple l’analytique Big Data, l’intelligence artificielle (IA), le machine learning (ML) et la diffusion de contenu. Ils aident à minimiser la latence et améliorent ainsi les performances globales des applications et l’expérience client.
Centres de données gérés et centres de données en colocation
Les centres de données gérés et les installations de colocation sont des options pour les organisations qui manquent d’espace, de personnel ou d’expertise pour gérer leur infrastructure informatique sur place. Elles sont idéales pour ceux qui préfèrent ne pas héberger leur infrastructure en utilisant les ressources partagées d’un centre de données cloud public.
Les entreprises qui optent pour un centre de données géré louent leurs serveurs, leur matériel de stockage et de mise en réseau auprès du fournisseur, qui se charge d’en assurer l’administration, la surveillance et la gestion.
Dans le cas de la colocation, l’entreprise cliente est propriétaire de l’infrastructure utilisée et loue un espace dédié au sein de l’installation pour pouvoir l’héberger. Dans le modèle traditionnel de colocation, seule l’entreprise cliente a accès au matériel, et elle a l’entière responsabilité de sa gestion. Ce modèle est idéal pour la confidentialité et la sécurité, mais souvent peu pratique, en particulier en cas de panne ou d’urgence. De nos jours, la plupart des fournisseurs proposent d’assortir leur offre de colocation de services de gestion et de surveillance.
Les petites et moyennes entreprises (PME) choisissent souvent les centres de données gérés et les installations en colocation pour héberger les solutions de sauvegarde des données et de reprise après sinistre à distance.
La plupart des centres de données modernes, y compris les centres de données internes sur site, sont passés d’une architecture informatique traditionnelle, où chaque application ou workload s’exécute sur son propre matériel, à une architecture cloud dont les ressources matérielles (processeurs, stockage, réseau) sont virtualisées. La virtualisation permet d’abstraire ces ressources physiques afin de les répartir sur plusieurs applications et workloads dans les quantités requises.
La virtualisation permet également la mise en place d’une infrastructure définie par logiciel (« Software-defined Infrastructure » ou SDI), c’est-à-dire une infrastructure qui peut être provisionnée, configurée, exécutée, maintenue et « arrêtée » par programmation, sans intervention humaine.
Cette virtualisation a donné naissance à de nouvelles architectures de centres de données telles que les centres de données définis par logiciel (SDDC), un concept de gestion des serveurs qui virtualise les éléments d’infrastructure tels que le réseau, le stockage et le calcul, et les fournit en tant que service. Cette capacité permet aux organisations d’optimiser l’infrastructure pour chaque application et workload sans effectuer de changements physiques, ce qui peut contribuer à améliorer les performances et à contrôler les coûts. Les modèles de centres de données « en tant que service » sont appelés à se généraliser, IDC estimant que 65 % des acheteurs de technologie privilégieront ces modèles d’ici à 2026.3
Associer architecture cloud et SDI apporte de nombreux avantages aux centres de données et à leurs utilisateurs. En voici quelques-uns :
- Une utilisation optimale des ressources de calcul, de stockage et de mise en réseau
- Un déploiement rapide des applications et des services
- Évolutivité
- Un large éventail de services et de solutions de centres de données
- Développement cloud-natif
La virtualisation permet aux entreprises et aux fournisseurs de cloud d’optimiser leurs ressources et de servir le plus grand nombre d’utilisateurs avec le moins de matériel possible et le moins de capacité inutilisée ou inactive.
Grâce à l’automatisation SDI, le provisionnement d’une nouvelle infrastructure se fait par simple demande sur un portail en libre-service.
Les infrastructures informatiques virtualisées sont beaucoup plus évolutives que les infrastructures traditionnelles. Même les entreprises qui utilisent des centres de données sur site peuvent ajouter de la capacité à la demande en envoyant des workloads en rafale vers le cloud si nécessaire.
Les entreprises et les fournisseurs de cloud sont en mesure de proposer diverses options pour la consommation et la mise à disposition informatique, le tout à partir d’une seule et même infrastructure. Selon les exigences de leurs workloads, les utilisateurs peuvent opter pour une infrastructure en tant que service (IaaS), une plateforme en tant que service (PaaS) ou encore un logiciel en tant que service (SaaS). Les CSP proposent ces services pour une utilisation dans un centre de données privé, ou sous forme de solutions cloud dans un environnement de cloud privé, cloud public, cloud hybride ou multicloud.
D’autres solutions de données incluent des centres de données modulaires : des installations préfabriquées conçues pour être utilisées comme centres de données et qui sont également pré-raccordées et équipées de l’équipement de refroidissement nécessaire.
Associer conteneurisation, informatique sans serveur et écosystème open source robuste permet une approche DevOps, dont les cycles sont accélérés, la modernisation des applications, ainsi que la création d’applications de type « développer une seule fois, déployer partout ».
Serveurs
Les serveurs sont des ordinateurs puissants qui permettent de livrer applications, services et données sur les appareils des utilisateurs finaux. Les serveurs de centre de données se présentent sous plusieurs formes :
- Les serveurs rack sont des serveurs autonomes larges et compacts (de la taille d’une petite boîte à pizza). Ils sont empilés les uns sur les autres dans une armoire et permettent un gain de place par rapport aux tours ou aux serveurs de bureau. Chaque serveur rack présente sa propre alimentation, ses propres ventilateurs de refroidissement, commutateurs réseau et ports, ainsi que le processeur, la mémoire et le stockage habituels.
- Les serveurs lames sont conçus pour permettre de gagner encore plus de place. Assorties de processeurs, de contrôleurs de réseau, de mémoire et parfois de stockage, les lames s’intègrent dans un châssis qui fournit l’alimentation électrique, la gestion de réseau et toute autre ressource nécessaire à leur bon fonctionnement.
- Dotés de plusieurs processeurs, les mainframes sont des ordinateurs à haute performance capables d’assurer le travail de toute une salle de serveurs rack ou lames. Ces mainframes, qui ont été les premiers à pouvoir être virtualisés, sont capables de traiter des milliards de calculs et de transactions en temps réel.
Le choix du format pour le serveur dépend de nombreux facteurs comme l’espace disponible dans le centre de données, les workloads à exécuter sur les serveurs, la puissance disponible et le coût.
Systèmes de stockage
La plupart des serveurs comportent une capacité de stockage local, appelée disque en attachement direct (« Direct-attached Storage » ou DAS), pour permettre de conserver les données les plus utilisées (données chaudes) à proximité du processeur.
Deux autres types de configurations de stockage sont possibles pour un centre de données : le stockage en réseau (NAS) et le storage area network (SAN).
Le NAS assure le stockage et l’accès aux données sur plusieurs serveurs grâce à une connexion Ethernet standard. Le périphérique NAS est généralement un serveur dédié qui comporte plusieurs supports de stockage : disques durs (HDD) ou disques SSD (solid state drives).
Tout comme le NAS, le SAN permet un stockage partagé, mais il s’installe sur un réseau indépendant pour séparer la gestion des données, et associe de manière plus complexe serveurs de stockage, d’applications et logiciels de gestion du stockage.
Un seul et même centre de données peut comporter les trois configurations (DAS, NAS et SAN) et différents types de stockage : file storage, block storage et object storage.
Réseau
La topologie du réseau d’un centre de données fait référence à la disposition physique et à l’interconnexion des dispositifs du réseau d’un centre de données, y compris l’infrastructure, les connexions entre les serveurs et les composants, et le flux de données.
Composé de différents types de commutateurs, de routeurs et de fibres optiques, le réseau du centre de données achemine le trafic réseau entre les différents serveurs (trafic est/ouest), mais aussi entre les serveurs et les clients (trafic nord/sud).
Comme indiqué ci-dessus, un centre de données dispose généralement de services réseau virtualisés. Cette capacité permet de créer des réseaux superposés définis par logiciel, construits sur l’infrastructure physique du réseau, afin de s’adapter à des contrôles de sécurité ou à des accords de niveau de service (SLA) spécifiques.
Les centres de données ont besoin de connexions à large bande passante pour permettre les communications entre les serveurs et les systèmes de stockage et entre le trafic réseau entrant et sortant. Pour les centres de données à très grande échelle, les besoins en bande passante peuvent aller de plusieurs gigabits par seconde (Gbps) à plusieurs térabits par seconde (Tbps).
Alimentation et gestion des câbles
Les centres de données doivent être toujours opérationnels, et ce à tous les niveaux. La plupart des serveurs sont équipés de deux blocs d’alimentation. Dotées d’une batterie, les alimentations sans interruption (« Uninterruptible Power Supplies » ou UPS) protègent contre les surtensions et permettent de pallier les brèves pannes de courant. Les générateurs puissants peuvent agir en cas de panne de courant plus grave.
La gestion des câbles est un aspect important de la conception des centres de données, car de nombreux câbles relient des milliers de serveurs. Placer les câbles trop près les uns des autres peut provoquer une diaphonie et affecter les taux de transfert des données, ainsi que la transmission du signal. En outre, regrouper un trop grand nombre de câbles peut générer une chaleur excessive. La construction et l’extension des centres de données doivent tenir compte des codes de la construction et de l’habitation et des normes industrielles afin de garantir un câblage efficace et sûr.
Redondance et reprise après incident
Les temps d’arrêt des centres de données sont coûteux pour les fournisseurs de centres de données et pour leurs clients. Les opérateurs et les architectes des centres de données font de grands efforts pour accroître la résilience de leurs systèmes. Ces mesures incluent des matrices redondantes de disques indépendants (« Redundant Arrays of Independent Disks » ou RAID) pour protéger contre la perte ou la corruption des données en cas de défaillance du support de stockage. D’autres mesures incluent une infrastructure de secours pour le refroidissement des centres de données, qui maintient les serveurs à des températures optimales, ceci même en cas de panne du système de refroidissement principal.
De nombreux grands fournisseurs de centres de données disposent de centres de données situés dans des régions géographiquement distinctes. Ainsi, en cas de catastrophe naturelle ou de perturbation politique dans une région, les opérations peuvent être transférées dans une autre région pour assurer des services ininterrompus.
L’Uptime Institute utilise un système à quatre niveaux pour évaluer la redondance et la résilience des centres de données.4
- Niveau I : fournit des composants à capacité de redondance basique, comme une alimentation sans interruption (UPS) et un refroidissement 7 j sur 7, pour prendre en charge les opérations informatiques dans un bureau ou au-delà.
- Niveau II : ajoute des sous-systèmes d’alimentation et de refroidissement redondants supplémentaires, tels que des générateurs et des dispositifs de stockage d’énergie, pour une meilleure sécurité contre les interruptions.
- Niveau III : ajoute des composants redondants, ce qui constitue un facteur de différenciation clé par rapport aux autres centres de données. Les installations de niveau III ne nécessitent aucun arrêt lorsque l’équipement doit être entretenu ou remplacé.
- Niveau IV : renforce la tolérance aux pannes en implémentant plusieurs composants de capacité redondante indépendants et physiquement isolés. Lorsqu’un équipement tombe en panne, il n’y a donc aucun impact sur les opérations informatiques.
Contrôles environnementaux
Les centres de données sont conçus et équipés pour contrôler les facteurs environnementaux interdépendants qui peuvent endommager ou détruire le matériel et entraîner des temps d’arrêt coûteux ou catastrophiques.
- Température : la plupart des centres de données utilisent une combinaison de refroidissement par air et liquide pour maintenir les serveurs et autres matériels dans les plages de température appropriées. Le refroidissement par air est une climatisation conçue pour les salles d’ordinateurs (CRAC). Elle cible l’ensemble de la salle des serveurs, ou des rangées ou racks de serveurs spécifiques. Les technologies de refroidissement liquide pompent le liquide directement vers les processeurs ou, dans certains cas, immergent les serveurs dans le liquide de refroidissement. Les fournisseurs de centres de données se tournent de plus en plus vers le refroidissement liquide pour des raisons d’efficacité énergétique et de durabilité. En effet, il nécessite moins d’électricité et d’eau que le refroidissement par air.
- Humidité un taux d’humidité élevé peut faire rouiller l’équipement ; un taux d’humidité faible peut augmenter le risque de surtensions dues à l’électricité statique. L’équipement de contrôle de l’humidité comprend les systèmes CRAC, une ventilation adéquate et des capteurs d’humidité.
- Électricité statique : une décharge statique de seulement 25 volts peut endommager l’équipement ou corrompre les données. Les centres de données disposent d’équipements permettant de contrôler l’électricité statique et de la décharger en toute sécurité.
- Incendie : pour des raisons évidentes, les centres de données doivent être équipés de dispositifs de prévention des incendies, qui doivent être testés régulièrement.
Les centres de données contiennent des informations sensibles et des applications vitales pour l’entreprise, qui nécessitent une stratégie de sécurité globale couvrant les centres de données physiques et les environnements multicloud.
Les mesures de sécurité des centres de données comprennent la sécurité physique du matériel et des dispositifs de stockage, ainsi que les contrôles administratifs et d’accès. Elles couvrent également la sécurité des applications logicielles et des politiques et procédures organisationnelles. Les centres de données hyperscale, par exemple, requièrent des pare-feu spécialisés et d’autres protocoles pour une cybersécurité renforcée.
La gestion des centres de données englobe les tâches et les outils dont les organisations ont besoin pour maintenir leurs centres de données privés opérationnels, sécurisés et conformes. La personne responsable de l’exécution de ces tâches est appelée gestionnaire de centre de données.
Il assure la maintenance générale, comme la mise à niveau des logiciels et du matériel, le nettoyage général ou le choix de la disposition physique des serveurs. Il prend également des mesures proactives ou réactives contre toute menace ou tout événement nuisant au centre de données.
Les gestionnaires de centres de données dans les entreprises peuvent utiliser des solutions de gestion de l’infrastructure des centres de données (DCIM) pour simplifier la gestion globale et optimiser les performances informatiques. Ces solutions logicielles fournissent une plateforme centralisée permettant aux gestionnaires de centres de données de surveiller, mesurer, gérer et contrôler tous les éléments du centre de données en temps réel. Cela va des composants informatiques sur site aux installations telles que le chauffage, le refroidissement et l’éclairage.
La durabilité dans les entreprises est un élément essentiel des pratiques environnementales, sociales et de gouvernance (ESG) . Gartner note que 87 % des chefs d’entreprise prévoient d’investir davantage dans le développement durable au cours des années à venir 5. À cette fin, la réduction de l’impact environnemental des centres de données s’inscrit dans le cadre d’objectifs d’entreprise plus larges, eux-mêmes s’inscrivant dans le cadre de l’effort mondial de lutte contre le changement climatique.
La prolifération actuelle des workloads pilotées par l’IA stimule la croissance des centres de données. Goldman Sachs Research estime que les besoins en énergie des centres de données augmenteront de 160 % d’ici 2030.5
La nécessité de réduire la consommation énergétique pousse les entreprises à rechercher des solutions d’énergie renouvelable pour alimenter leurs centres de données hyperscale. Cette situation a conduit au développement des green data centers, ou centres de données durables, qui hébergent l’infrastructure informatique et utilisent des technologies à haut rendement énergétique afin d’optimiser la consommation d’énergie et de minimiser l’impact sur l’environnement.
En adoptant des technologies telles que la virtualisation, le matériel à haut rendement énergétique et les sources d’énergie renouvelables dans les centres de données, les organisations peuvent optimiser la consommation d’énergie, réduire les déchets et faire des économies. Les certifications jouent un rôle essentiel dans la reconnaissance et la promotion des pratiques durables dans les centres de données. Les principales certifications et associations en la matière sont Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), Energy Star et Green Grid.
IBM Cloud disposent de centres de données implantés aux quatre coins du monde pour vous aider à répondre rapidement à des exigences géographiques spécifiques.
IBM Storage vous permet de garantir la sécurité et l’accessibilité de vos données pour une prise de décision plus rapide et plus éclairée.
Avec IBM Cloud for VMware Solutions migrez et modernisez vos workloads VMware vers le cloud de façon fluide. Tirez parti de vos investissements existants pour une expérience VMware cohérente, tout en conservant le même niveau d’accès, de sécurité et de contrôle.
IBM Turbonomic modernise la gestion des centres de données grâce à l’allocation intelligente des ressources, à la prévision de la capacité et à la garantie automatisée des performances.
IBM Cloud with Red Hat offre une sécurité, une évolutivité d’entreprise et une innovation ouverte de pointe pour libérer tout le potentiel du cloud et de l’IA.
Notes de bas de page
Tous les liens sont externes au site ibm.com
1 « Google: The dalles, OR data center », DataCenters.com.
2 « Investir dans l’économie croissante des centres de données », McKinsey & Company, 17 janvier 2023.
3 «IDC FutureScape: Worldwide Future of Digital Infrastructure 2023 Predictions », Mary Johnston Turner, IDC, 9 décembre 2022.
4 « Tier Classification System », Uptime Institute.
5 « AI is poised to drive 160% increase in data center power demand », une étude Goldman Sachs, 14 mai 2024.