Les ennuyeux centres de données en béton armé ne sont plus à la mode, les sociétés informatiques tentent de les placer sur et sous l'eau. Il y a des rumeurs sur les centres de données spatiales - nous ne pouvions pas surmonter un phénomène aussi beau sur le plan technologique.
La croissance rapide de la demande de ressources informatiques a conduit à la construction d'un grand nombre de centres de données. L'équipement qui y est installé consomme des mégawatts d'électricité et génère de la chaleur. Le principal problème était l'efficacité énergétique, à laquelle personne ne pensait à l'aube de la construction de logements: aujourd'hui, les ingénieurs augmentent la densité de puissance par rack, réduisent le PUE (le rapport entre la consommation totale d'énergie et la consommation d'équipements informatiques) et se livrent à d'autres chamanismes technologiques. Les leaders de l'industrie recherchent de plus en plus des solutions innovantes. Aujourd'hui, nous allons essayer de comprendre ce qui est le plus dans ce processus - la fiction ou la folie.
Centre de données dans l'espace
Le coût de livraison des marchandises de la planète est élevé, avec l'embauche de personnel qualifié pour entretenir les équipements en orbite, il y aura des problèmes, des difficultés surgiront avec la transmission de données - la communication par satellite ne permet pas d'atteindre un temps de réponse aussi court que les lignes à fibre optique. Il existe un problème de rayonnement spatial contre lequel les équipements électroniques sensibles doivent être protégés. Ce qui est drôle, c’est qu’il est plus difficile d’utiliser la chaleur générée par le fer informatique dans l’espace que sur Terre. Les amateurs l'appellent froid, mais l'espace est plutôt vide, à l'exception de la faible teneur en différents atomes, du rayonnement électromagnétique et d'une variété de particules élémentaires. Le vide ne conduit pas la chaleur, donc le seul moyen de le rejeter dans l'environnement externe est le rayonnement électromagnétique, c'est-à -dire d'énormes radiateurs chauffés qui brillent dans la plage infrarouge.
Néanmoins, les amateurs suggèrent de placer des centres de données dans l'espace, bien que les capacités en mégawatts soient hors de question. Parmi les explorateurs de l'espace, il existe de nombreux partisans de la théorie du complot - il existe une opinion selon laquelle les données en orbite ne seront pas disponibles pour les gouvernements et autres reptiliens (nous discuterions des reptiliens). En 2016, Cloud Constellation de Los Angeles a activement coupé les investisseurs, promettant d'ici 2019 de placer tout un pétaoctet de données en orbite sur son propre réseau de serveurs satellites et de satellites de communication. La date limite est déjà venue, mais il n'est pas fait mention d'un groupe orbital. Cela n'a pas empêché Cloud Constellation de lever 100 millions de dollars en 2018 .
StartX ConnectX prévoit de lancer un réseau satellite pour stocker des portefeuilles cryptographiques et d'autres données privées au large de la planète, et l'Agence spatiale britannique a alloué plus de 4 millions de livres sterling pour créer un supercalculateur de démonstration dans l'espace. Il est trop tôt pour parler d’autres mondes: l’humanité y envoie à peine des sondes automatiques, de quel type de centre de données s’agit-il? Et pourquoi sont-ils nécessaires si le signal radio de Mars à la Terre, par exemple, passe de 3 à 22 minutes, selon la position relative des planètes. Des options moins folles sont offertes principalement dans le domaine des communications spatiales, mais jusqu'à présent, les centres de données extraterrestres restent fantastiques, si l'on ne compte pas encore les projections non réalisées des startups.
Sur l'eau et sous l'eau
Nous descendrons de la mer sans air aux profondeurs de la mer: l'été dernier, Microsoft a entamé la deuxième phase du projet Natick , dont l'objectif était de créer un centre de données sous-marin modulaire. Des expériences avec des serveurs de plongée ont été menées depuis 2013 et, en 2018, un prototype de la taille d'un conteneur maritime a été abaissé au fond au large des côtes écossaises. Il contient 12 racks dans lesquels 864 serveurs sont montés. Assembler des centres de données puissants à partir de tels modules à proximité de grandes villes peut être moins cher (en théorie) que sur terre. L'eau est caractérisée par une conductivité thermique élevée et une capacité thermique élevée, de sorte que le problème de refroidissement est simplifié. Avec les canaux de transmission de données, on ne s'attend pas non plus à des difficultés, la technologie de pose des lignes de fibre optique marine est depuis longtemps mise au point.
Des ingénieurs testent les serveurs et les systèmes de refroidissement du projet Natick au sein du groupe Naval en France. Photo: news.microsoft.com
De plus, Microsoft a des idées pour utiliser des sources d'énergie renouvelables pour alimenter la charge informatique: turbines marémotrices, convertisseurs d'énergie houlomotrice et même éoliennes installées sur le rivage. Non sans problèmes: la mer est plutôt humide et l'électronique n'aime pas l'humidité. Il est clair que les modules du datacenter doivent être étanches et tolérants aux pannes, ils devront fonctionner longtemps sans maintenance. Pour éviter la corrosion, l'intérieur des conteneurs sera rempli d'azote.
Les gars de Google ne plongent pas si profondément, mais ils nagent en toute confiance. C'est vrai, jusqu'à présent sur Internet: en images et en vidéos. L'idée de placer un centre de données à bord du navire n'est pas nouvelle en général, elle fait son apparition sur Internet depuis 10 ans dans diverses variantes. Quelqu'un est confiné à une barge au large des côtes, d'autres veulent naviguer dans des eaux neutres afin de ne pas avoir de problèmes avec les lois des différents pays. Vous vous souvenez de la société Nautilus Data Technologies des États-Unis, qui a développé un prototype de centre de données flottant. Les ingénieurs de Google traitent le problème depuis longtemps, mais la société a eu froid à l'idée des voyages en mer. Cela ne l'a pas empêchée de breveter un data center piloté par des cerfs-volants par vagues en 2017. Ces appareils originaux doivent également générer de l'électricité.
L'idée principale ici est à peu près la même que celle des serveurs de plongée - l'utilisation de l'eau de mer pour le refroidissement. Dans le même temps, les centres de données restent desservis, ce qui est généralement assez bon. Il est difficile de dire à quel point ces projets sont prometteurs, mais ils sont tout à fait réalisables au niveau actuel du développement humain. Les centres de données flottants peuvent être utilisés, par exemple, dans les pays à climat marin chaud et à manque de terrains à construire. De plus, c'est un bon moyen de se débarrasser des vieux navires.
Freecooling dans l'Arctique
Nous reviendrons des eaux profondes pour atterrir et jeter un œil aux datacenters classiques. Compte tenu de la tendance à l'augmentation de la densité de puissance par rack et du départ des grandes sociétés informatiques dans les soi-disant En calcul hyperscale, le problème de dissipation thermique devient de plus en plus sérieux. Dans une certaine mesure, il peut être réduit par le mode, augmentant le degré acceptable pour les équipements informatiques, mais le fonctionnement de l'infrastructure d'ingénierie traditionnelle (refroidissement et alimentation électrique ininterrompue) peut représenter de 30 à 50% de la consommation d'énergie du datacenter. Le principal poste de dépenses en même temps - l'utilisation de puissants compresseurs de climatisation. Il serait logique de tenter de les abandonner au moins partiellement en appliquant l'un des schémas existants de free cooling (freecooling).
Si vous ne vous penchez pas sur les détails techniques, il existe deux options: le refroidissement direct à circuit unique des salles des machines avec de l'air extérieur avec recirculation partielle en hiver, ainsi que des systèmes à double circuit avec recirculation de l'air dans les salles des machines et des appareils de récupération. Dans le premier cas, l'air chauffé des zones chaudes est rejeté dans l'atmosphère et l'air purifié de la rue est injecté dans les zones froides. Parfois, il doit également être séché ou humidifié et les filtres doivent être remplacés régulièrement. S'il fait trop froid à l'extérieur, une recirculation partielle est activée.
Le deuxième schéma suppose la présence de deux circuits ouverts: le centre de données circule à l'intérieur et l'air extérieur est fourni à l'extérieur. Le transfert de chaleur se produit dans un appareil régénérateur. Il peut également y avoir différentes options, nous nous concentrerons sur la plus intéressante - un échangeur de chaleur rotatif, également appelé système de refroidissement de Kyoto. Le principe de son fonctionnement est très simple: une roue métallique massive tourne lentement et transfère la chaleur du circuit interne vers l'extérieur.
Malheureusement, le free cooling ne peut pas être utilisé toute l'année en raison des exigences strictes de la température extérieure: s'il est trop élevé, le réglage du froid artificiel est automatiquement activé. Dans les régions du nord, l'utilisation du freecooling permet de les désactiver jusqu'à 80% du temps, si l'on prend les indicateurs moyens de l'année. Les échangeurs de chaleur rotatifs les plus efficaces peuvent réduire la part de la consommation d'énergie du système de refroidissement à 5 à 7% de la consommation totale du datacenter, et c'est un excellent résultat.
Une autre démarche logique consiste à déplacer les centres de données vers des latitudes élevées. Hélas, cela ne fonctionne que partiellement. Les centres de données dans l'Arctique n'ont pas particulièrement pris racine en raison du grand nombre de difficultés liées à leur construction et à leur fonctionnement. Dans les régions si éloignées de la civilisation, il y a des problèmes d'alimentation électrique et de canaux de communication, ainsi que la disponibilité de personnel qualifié - peu de spécialistes sont prêts à aller tordre la queue des ours polaires. Le plus drôle, c'est que le refroidissement gratuit dans le système de freecooling peut également être coûteux en raison de l'air trop sec. S'il n'est pas humidifié, une forte charge statique s'accumulera sur les composants électroniques. Bien sûr, les entreprises tentent de construire des centres de données dans les régions du nord, mais elles ne grimpent pas dans la glace polaire et préfèrent toujours le voisinage des mégapoles.
Nous réchauffons la maison, pas l'atmosphère
La chaleur générée par les centres de données a été rejetée dans l'atmosphère, et lorsqu'elle est devenue trop importante, les gens ont pensé à utiliser un sous-produit à des fins pacifiques. L'idée d'une récupération de chaleur utile est évidente, mais pas si facile à réaliser en raison d'une demande instable et pour un certain nombre d'autres raisons. En raison de la température élevée dans la rue, la plupart des problèmes de refroidissement surviennent en été, et à ce moment-là , la demande de chaleur parmi la population est minime. Néanmoins, il existe de nombreux projets similaires en Occident, dont l'un a été lancé par Yandex. Son centre de données chauffe une petite ville finlandaise .
Résumé et conclusions
Si nous ignorons les idées fortes, la construction et l'exploitation d'un centre de données représentent un gros capital et des coûts d'exploitation que l'entreprise souhaite réduire. Ici, nous rejetons immédiatement le thème cosmique, car il est incompatible avec une réduction des dépenses dans un avenir prévisible. Des projets offshore sont possibles, mais ils ne sont pas encore sortis du stade embryonnaire. Il s'avère que le seul moyen réel de réduire les coûts est d'améliorer les centres de données traditionnels. Tout d'abord, en augmentant leur efficacité énergétique grâce au freecooling et à la récupération de chaleur bénéfique. Pour les années à venir, c'est la principale tendance dans le développement de la construction de logements, et alors les scientifiques et les ingénieurs peuvent nous donner quelque chose de pas si prosaïque - la science-fiction devient parfois une réalité.