Un centre de données plus durable

Avec l'essor de l'intelligence artificielle (IA) générative, les centres de données jouent un rôle de plus en plus important dans l'infrastructure technologique mondiale et leur consommation d'électricité ne cesse de croître.

D'après l'AIE, les centres de données représentaient environ 1,3 % de la demande mondiale d'électricité en 2022 et selon les estimations, ce chiffre devrait continuer à croître rapidement à mesure que la quantité de données et de calculs traités dans le cloud continue d'augmenter. Ceci pose un véritable défi dans un monde où la croissance globale de l'électricité devrait déjà atteindre une moyenne de plus de 3 % par an jusqu'en 2026. La concurrence de plus en plus forte pour alimenter en électricité les consommateurs, l'utilisation croissante des véhicules électriques, l'augmentation du chauffage et de la climatisation due aux changements climatiques, les villes intelligentes et l'électrification des entreprises industrielles signifient que les centres de données devront devenir plus efficaces pour réaliser leur plein potentiel.

La bonne nouvelle, c'est que les ingénieurs développent déjà des solutions innovantes pour améliorer la durabilité des centres de données. L'augmentation du volume de données et de la vitesse à laquelle ces informations circulent signifient que même des améliorations en apparence minimes des câbles, des connecteurs et des équipements de dissipation thermique utilisés dans les centres de données peuvent avoir un impact considérable sur la quantité d'énergie consommée par ces installations, surtout si l'on considère que cet effet se répercute sur des millions, voire des milliards, d'interconnexions dans les centres de données modernes. 

Tout courant électrique doit surmonter les pertes résistives (pertes joules) lorsqu'il circule d'un point A à un point B. Plus le courant électrique doit parcourir de distance, plus il doit surmonter de résistance, ce qui réduit la quantité d'électricité utilisable atteignant le point de destination final.

De plus, l'électricité « gaspillée » génère de la chaleur, ce qui nécessite de l'énergie supplémentaire pour refroidir le centre de données afin qu'il fonctionne conformément aux spécifications conçues. Multipliez la quantité d'énergie perdue sur un seul mètre de câble par le nombre de mètres de câble dans un centre de données d'un million de mètres carrés et vous obtenez inévitablement un très grand nombre. En réduisant ces pertes par résistance, une plus grande partie de l'électricité achetée par les centres de données servirait réellement à alimenter les équipements. Moins d'électricité gaspillée signifierait une consommation totale moins importante.

Les centres de données ont déjà réussi à réduire les pertes par résistance en transmettant de la puissance à une tension plus élevée, réduisant ainsi le courant requis par unité de puissance et donc la résistance générée lors de son déplacement. Une grande partie de l'industrie est passée à des systèmes de distribution de 48 volts, et les centres de données pourraient se tourner vers des systèmes de distribution de plus haute tension à l'avenir afin de bénéficier de réductions supplémentaires. Les câbles de calibre supérieur qui peuvent supporter une plus grande quantité de courant peuvent également réduire les pertes par résistance.

Chaque connexion entre les câbles et les appareils représente un autre point où des pertes par résistance peuvent se produire. Des jeux de barres et des connecteurs à faible résistance peuvent contribuer à réduire ces pertes. Bien que ces réductions semblent minimes à l'échelle d'un connecteur seul, l'impact global à travers les nombreuses connexions nécessaires dans un grand centre de données prend rapidement de l'ampleur.

La capacité à déplacer des données plus rapidement est essentielle pour l'IA, les centres de données et les activités qu'ils soutiennent. Cependant, plus vous déplacez rapidement de gros volumes de données, plus il devient difficile pour les connexions aux extrémités du câble de gérer cette capacité. Les connexions passives n'utilisent pas d'énergie supplémentaire pour déplacer les données du câble vers l'appareil, mais la distance de déplacement des données à une vitesse donnée est limitée, tout en minimisant la perte et la dégradation du signal. Les connexions actives peuvent déplacer plus de données plus loin et plus rapidement, mais au prix d'une consommation d'énergie importante.

Chez TE Connectivity, nous nous efforçons d'améliorer les câbles et les connecteurs afin de maximiser les capacités des interconnexions passives. Plus les câbles sont longs avant de nécessiter des interconnexions actives pour maintenir l'intégrité du signal, mieux ils peuvent servir les clusters d'appareils cloud et d'IA. Les solutions qui utilisent des câbles externes ou une combinaison de câbles externes et internes à la place des cartes de circuits imprimés peuvent réduire davantage la latence de l'alimentation et des données. En choisissant les bonnes combinaisons de ces facteurs, un centre de données pourrait utiliser davantage de câblage passif tout en conservant des vitesses plus élevées, ce qui réduirait sa consommation d'énergie.

Les connecteurs jouent également un rôle stratégique important pour ce qui est de soutenir les efforts futurs en matière de développement durable. La possibilité de modulariser les conceptions autour de connecteurs standard permettra de faire évoluer plus facilement les équipements des centres de données au fur et à mesure que les innovations produisant des transferts de données plus rapides et à plus grande largeur de bande verront le jour. En revanche, les solutions câblées sans connecteurs rendent beaucoup plus difficile la mise à niveau en termes d'amélioration de la capacité fonctionnelle ou de l'efficacité des anciens appareils. Cette impossibilité de mettre à niveau facilement les équipements génère davantage de déchets et réduit la flexibilité d'un centre de données à tirer parti de systèmes électroniques ou de configurations plus efficaces dès qu'ils sont disponibles. Les connecteurs constituent un élément clé pour soutenir un écosystème plus circulaire dans les grands centres de données.

Tous les appareils d'un centre de données génèrent de la chaleur.  L'augmentation des températures de fonctionnement diminue la fiabilité des produits et des composants, ce qui augmente les risques de panne.

Dans la mesure où les vitesses et les distances dépassent les limites du câblage en cuivre, l'utilisation des câbles optiques accentue encore le problème de la chaleur. Les composants optiques sont beaucoup plus sensibles à la température de fonctionnement que les câbles et connecteurs passifs en cuivre.

Au même titre que les électrons accentuent les gains de durabilité lorsqu'il s'agit de traiter les pertes de résistance, chaque unité thermique compte lorsqu'il s'agit de la chaleur. L'augmentation de la charge thermique due au « gaspillage » d'électricité oblige les centres de données à s'appuyer encore plus sur les ventilateurs et les systèmes de climatisation pour refroidir les équipements, ce qui nécessite encore plus d'énergie. Cela signifie que les centres de données doivent examiner de près chaque partie de leur infrastructure pour trouver des possibilités de réduire la chaleur et d'économiser de l'énergie.

Des solutions de gestion thermique efficaces, telles que des dissipateurs thermiques, sont des élements essentiels. Afin d'atteindre un niveau de refroidissement optimal, que ce soit par air forcé ou par liquide, vous devez minimiser la résistance de contact entre les composants électriques chauds et les surfaces de refroidissement, en particulier lorsque ces surfaces ne sont pas complètement planes. Tout interstice entre les surfaces réduit l'efficacité du transfert de chaleur, même au niveau des interfaces microscopiques. La conception des plaques conductrices de TE Connectivity pour les connexions de dissipateurs thermiques permet un transfert de chaleur jusqu'à deux fois supérieur à celui des solutions courantes telles que les tampons d'écarts et les pâtes thermiques. Il est important que ces connexions soient très proches pour garantir une approche durable, car la chaleur générée par les appareils augmente de façon presque exponentielle à mesure que la puissance utilisée par ces appareils s'accroît.

Les opérateurs de centres de données sont conscients qu'ils doivent réduire leur consommation d'énergie pour assurer l'avenir de l'industrie, en particulier à mesure que la technologie de l'intelligence artificielle continue de se développer. TE aide ses clients à atteindre cet objectif grâce à ses produits innovants. Nous contribuons également à cette évolution car, en tant qu'ingénieurs, c'est dans notre ADN. L'ingénieur fait naturellement partie de la solution : 87 % des ingénieurs déclarent, selon l'Industrial Technology Index de TE Connectivity, qu'il est personnellement important pour eux de soutenir les solutions de lutte contre le réchauffement climatique. Chaque réduction progressive de la résistance ou de la chaleur grâce aux innovations dans les centres de données peut être faible en soi, mais lorsqu'elle est déployée en grand nombre, l'impact se multiplie. Ces efforts seront essentiels pour soutenir le développement des technologies pour les centres de données, ainsi que les industries et les applications qui en dépendent.