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Green data center
Publication : 2 avril 2024
Contributeurs : Tasmiha Khan, Michael Goodwin
Un « green data center », ou centre de données durable, est une installation qui abrite une infrastructure informatique et qui utilise des technologies économes en énergie pour optimiser la consommation et minimiser l’impact environnemental.
Les entreprises ont recours à des centres de données écologiques dans le but d’améliorer l’efficacité énergétique et l’utilisation des ressources, de prolonger le cycle de vie des infrastructures, réduire les coûts liés aux centre de données et minimiser l’impact carbone. L’idée consiste à réutiliser ou à recycler les équipements physiques et la chaleur générée par les systèmes informatiques. Bien souvent, ces installations utilisent également de l’énergie provenant de sources renouvelables, par exemple l’énergie solaire et éolienne. L’objectif global est de mettre l’accent sur l’efficacité des centres de données et la durabilité environnementale en adoptant des approches intelligentes en matière d’énergie.
La durabilité des centres de données est un élément important qui contribue à optimiser l’utilisation des ressources de l’organisation et à promouvoir la viabilité à long terme. L’adoption de mesures écoénergétiques aide les organisations à diminuer les coûts en réduisant la consommation d’énergie globale des centres de données.
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, minimiser les déchets et faire des économies.
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Les entreprises sont confrontées depuis longtemps aux enjeux liés à la consommation d’énergie des centres de données traditionnels, lesquels peuvent entraîner une augmentation des coûts d’exploitation et un impact notable sur l’environnement1. Ces installations abritent généralement de nombreux serveurs (et autres équipements informatiques) qui consomment d’importantes quantités d’électricité pour les fonctions informatiques, de mise en réseau et de stockage de données.
L’un des indicateurs utilisés pour évaluer l’efficacité des centres de données est l’indicateur d’efficacité énergétique (« power usage effectiveness » ou « PUE » en anglais). Le PUE, ainsi que l’indicateur d’efficacité carbone (« carbon usage effectiveness » ou « CUE » en anglais) sont des indicateurs développés par The Green Grid, une association à but non lucratif axée sur la promotion de l’efficacité énergétique.
Le PUE est calculé en divisant la consommation totale d’énergie du centre de données par la quantité d’énergie utilisée spécifiquement pour les équipements informatiques. Plus le quotient est proche de 1, plus l’efficacité est élevée. Le PUE est un outil efficace pour mesurer l’efficacité actuelle et évaluer l’incidence sur l’efficacité de tout changement apporté aux centres de données.
L’indicateur d’efficacité carbone vise à évaluer la durabilité des centres de données en ce qui concerne les émissions de carbone. La formule est la suivante : CUE = total des émissions de CO2 causées par la consommation d’énergie du centre de données divisé par la consommation d’énergie des équipements informatiques.
Plusieurs stratégies et composants sont utilisés dans la conception, le développement et l’exploitation des centres de données efficaces :
Les centres de données écologiques se caractérisent par une conception compacte et efficace dans le but de minimiser l’espace physique global nécessaire à la construction. Une telle approche permet non seulement de préserver les ressources, mais aussi de réduire l’empreinte des installations sur l’environnement.
Le choix de matériaux et de pratiques à faible taux d’émission garantit que les rejets de substances nocives dans l’environnement sont réduits au minimum au cours du processus de construction. Ces bâtiments comprennent des éléments d’infrastructure écoénergétiques, de la construction à l’exploitation. Des systèmes d’éclairage aux machines de construction, les opérateurs s’efforcent de réduire la consommation d’énergie et de promouvoir la durabilité.
Des stratégies sont également mises en œuvre en vue de minimiser les déchets de construction, en mettant l’accent sur le recyclage des matériaux et la gestion responsable des éléments mis au rebut.
Les systèmes de refroidissement efficaces jouent un rôle crucial dans la résolution des problèmes de consommation d’énergie dans les centres de données. Les installations traditionnelles s’appuient souvent sur des systèmes de climatisation pour refroidir les serveurs et éviter toute surchauffe. Cependant, ces systèmes peuvent être gourmands en énergie et contribuer de manière significative à la consommation globale d’électricité. La mise en œuvre de technologies de refroidissement avancées, telles que le refroidissement liquide ou le refroidissement de précision, permet d’améliorer l’efficacité énergétique en optimisant le contrôle de la température et en réduisant la charge sur la climatisation traditionnelle.
Dans le cas du refroidissement par air, de l’air froid circule au niveau des équipements pour absorber la chaleur. Bien qu’il s’agisse d’une méthode traditionnelle rentable adaptée aux petits centres de données, elle peut s’avérer difficile à mettre en œuvre en cas de températures élevées.
Le refroidissement liquide utilise un liquide (souvent de l’eau) pour transférer et dissiper la chaleur. Cette technologie offre une plus grande efficacité dans le traitement des températures élevées, un contrôle précis de la température et une réduction de la consommation d’énergie. Cependant, elle nécessite une infrastructure et une maintenance spécialisées.
Une approche innovante pour améliorer la durabilité des centres de données consiste à utiliser la chaleur fatale pour optimiser davantage l’efficacité énergétique. Plutôt que de considérer la chaleur fatale comme un inconvénient, les centres de données l’utilisent à des fins bénéfiques.
L’une des méthodes utilisée est la cogénération, ou production combinée de chaleur et d’électricité (« combined heat and power » ou « CHP » en anglais), où la chaleur fatale est captée et utilisée pour produire de l’électricité supplémentaire ou chauffer d’autres procédés. Cela permet d’améliorer l’efficacité énergétique globale et d’optimiser l’utilisation de l’énergie générée dans les centres de données2.
Les stratégies de confinement des allées chaudes et des allées froides contribuent également à améliorer l’efficacité du refroidissement dans les centres de données. Les armoires de serveurs sont organisées de manière à optimiser la circulation de l’air et à réduire au minimum le mélange d’air chaud et d’air froid. Dans une configuration d’allées chaudes, les armoires de serveurs se font face, et l’air chaud extrait est dirigé vers une allée confinée.
Le confinement des allées froides consiste à disposer les armoires de serveurs de manière à ce que les prises d’air froid se fassent face, créant ainsi une allée froide confinée. Ce dispositif présente plusieurs avantages : il améliore l’efficacité du refroidissement, réduit la charge de travail des systèmes de refroidissement et assure une distribution plus prévisible et plus uniforme de la température. Cela permet de réaliser des économies d’énergie globales dans l’exploitation des centres de données3.
La virtualisation permet à plusieurs serveurs virtuels de fonctionner sur un seul serveur physique, consolidant les workloads et améliorant l’utilisation des ressources. En optimisant l’utilisation du matériel existant, la virtualisation réduit le nombre de serveurs physiques nécessaires et permet de réduire la consommation d’énergie et d’améliorer l’efficacité de l’infrastructure des centres de données.
Dans les centres de données écologiques, l’accent est mis sur l’informatique responsable, c’est-à-dire sur l’optimisation des charges de travail et de l’utilisation des ressources. Cette approche contribue à réduire ou à éliminer le gaspillage d’espace et encourage les organisations à utiliser les ressources de l’infrastructure de manière plus efficace sur le plan énergétique.
L’intégration de sources d’énergie renouvelable dans l’alimentation électrique des centres de données constitue une étape importante vers la réalisation des objectifs de durabilité et la réduction de l’impact environnemental de ces installations. En passant des sources d’énergie conventionnelles, telles que les combustibles fossiles qui émettent des gaz à effet de serre lorsqu’ils brûlent, à des sources renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne ou hydraulique, il est possible de réduire la dépendance des centres de données à l’égard des énergies non renouvelables.
Cette transition s’inscrit dans le cadre d’efforts plus vastes visant à lutter contre le changement climatique et à promouvoir un bouquet énergétique plus propre et plus durable. La réduction des émissions et de l’empreinte carbone sont des objectifs majeurs dans la recherche d’une exploitation plus durable des centres de données.
Dans le cadre des pratiques écologiques des centres de données, l’accent est mis sur la réutilisation et l’optimisation des équipements informatiques. Au lieu de mettre au rebut et de remplacer le matériel, la durée de vie des équipements informatiques est prolongée grâce à des mises à niveau, des remises à neuf et une maintenance efficace.
Les pratiques de recyclage responsable sont également au cœur des préoccupations4. Lorsque le matériel atteint sa fin de vie, le recyclage responsable permet d’éliminer correctement les matériaux dangereux et de récupérer les composants réutilisables.
La gestion de l’infrastructure des centres de données englobe bon nombre de ces initiatives. Elle fournit une plateforme centralisée pour la surveillance et la gestion de divers aspects de l’infrastructure, notamment la distribution d’énergie, les systèmes de refroidissement et les actifs informatiques.
Les outils DCIM surveillent la consommation d’énergie grâce au suivi et à l’analyse continus de la consommation d’énergie dans les centres de données. En utilisant des outils de surveillance avancés, les opérateurs de centres de données bénéficient d’informations sur la distribution et la consommation d’énergie entre les différents composants, dont les serveurs, les systèmes de refroidissement et l’éclairage. Cette visibilité en temps réel permet d’identifier proactivement les inefficacités et de mettre en œuvre des stratégies d’optimisation.
Les certifications jouent un rôle essentiel dans la reconnaissance et la promotion des pratiques durables dans les centres de données. Les certifications et associations notables sont les suivantes :
LEED est une certification qui souligne l’engagement en faveur de pratiques de construction et d’exploitation respectueuses de l’environnement. L’obtention de la certification LEED implique de répondre à des critères spécifiques liés à l’efficacité énergétique, à l’utilisation de l’eau, à la sélection des matériaux et à l’impact environnemental global.
Energy Star est un programme établi par l’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA) (lien externe à ibm.com) et le département de l’Énergie des États-Unis (DOE) pour promouvoir l’efficacité énergétique. Les produits qui portent le label respectent ou dépassent les critères d’efficacité énergétique établis par ces organismes. L’accent est mis sur le maintien du fonctionnement et de la qualité tout en réduisant considérablement la consommation d’énergie.
The Green Grid est une association à but non lucratif qui se concentre sur l’amélioration de l’efficacité énergétique dans les centres de données et les environnements informatiques professionnels. Fondé en 2007, The Green Grid réunit les professionnels du secteur informatique, dont les experts, les fournisseurs et les utilisateurs finaux, dans le but de traiter ensemble de l’impact environnemental des opérations des centres de données. L’association fournit des ressources, des directives et des normes visant à promouvoir des pratiques durables et à améliorer l’efficacité énergétique dans l’ensemble du secteur des centres de données.
Le cloud computing peut contribuer à réduire la consommation d’énergie, car il permet à plusieurs utilisateurs de partager les mêmes serveurs physiques et les mêmes applications. Cependant, il n’y a pas de garantie du moindre impact positif, car cela dépend de plusieurs facteurs.
Du côté des avantages, cette technologie permet de consolider les ressources informatiques dans des centres de données centralisés exploités par les fournisseurs de services cloud. Cette consolidation se traduit par une utilisation plus efficace des ressources, réduisant ainsi la consommation globale d’énergie associée aux entreprises qui exploitent leurs propres serveurs sur site.
Les fournisseurs de services cloud peuvent optimiser les charges de travail, allouer les ressources de manière dynamique et mettre en œuvre des technologies écoénergétiques, contribuant ainsi à des économies d’énergie à plus grande échelle. Le matériel et les technologies de refroidissement écoénergétiques déterminent dans une large mesure l’ampleur de cet avantage.
Du côté des inconvénients, l’essor du cloud computing a largement contribué à la croissance mondiale des centres de données et à une consommation d’énergie substantielle. Le rapport 2023 US Data Center Market Overview Report note que la consommation électrique des centres de données devrait doubler d’ici la fin de la décennie par rapport au niveau de 2022, propulsée par la demande d’armoires IA/ML5. Le transfert des données vers et depuis le cloud est également un processus énergivore, en particulier lorsque les centres de données sont éloignés des utilisateurs.
Pour obtenir un résultat positif net, les organisations doivent concentrer leur stratégie cloud sur l’optimisation des charges de travail, l’utilisation efficace des ressources et l’élimination du gaspillage. Elles doivent faire appel à un fournisseur disposant d’un réseau distribué de centres de stockage de données et de serveurs situés plus près des utilisateurs. Cela permet de réduire les coûts d’énergie liés aux transferts de données. Les organisations doivent investir dans du matériel et des infrastructures écoénergétiques (ou travailler avec un fournisseur qui le fait) et mettre l’accent sur l’efficacité du transfert de données.
L’impact global dépend souvent de l’efficacité énergétique des centres de données proposés par les fournisseurs de services cloud. Les organisations qui souhaitent mettre en œuvre une stratégie d’énergie écologique doivent garder cela à l’esprit.
Les centres de données écologiques contribuent à répondre aux préoccupations croissantes concernant la consommation d’énergie, l’impact environnemental et la durabilité. À ce titre, ils offrent un certain nombre d’avantages, notamment :
- Réduction des coûts : Les centres de données écologiques contribuent à réduire les coûts d’exploitation grâce à l’amélioration de l’efficacité énergétique et à l’optimisation des ressources.
- Réduction de l’impact sur l’environnement : La mise place de pratiques écologiques dans la construction et l’exploitation des centres de données contribue à réduire leur empreinte carbone, à minimiser les déchets électroniques et à préserver les ressources naturelles.
- Une efficacité énergétique supérieure : Les centres de données écologiques consomment moins d’énergie, ce qui réduit la consommation d’énergie globale et l’impact environnemental qui en découle.
- Durabilité accrue : L’accent mis sur la réutilisation des équipements, le recyclage responsable et la construction durable contribue à assurer la durabilité à long terme des centres de données.
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Notes de bas de page
Tous les liens sont externes au site ibm.com
1 « Cost, environmental impact, and resilience of renewable energy under a changing climate: a review », Ahmed I. Osman, Lin Chen, Mingyu Yang, Goodluck Msigwa, Mohamed Farghali, Samer Fawzy, David W. Rooney et Pow-Seng Yap, Springer Link, 28 octobre 2022
2 « Combined Heat and Power Basics », Energy.gov
3 « Green Power Partnership », EPA.gov
4 « Re-use, refurb, recycle: Circular economy thinking and data center IT assets », Dan Swinhoe, Data Center Dynamics, 8 mars 2022
5 « Newmark: US data center power consumption to double by 2030 », Matthew Goodwin, Data Center Dynamics, 15 janvier 2024