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Que pouvons-nous faire pour atténuer les inquiétudes et obtenir des résultats pour les centres de données ?

Solution n° 1 : Centres de données périphériques

Les centres de données périphériques sont de petits centres de données connectés à des centres de données plus importants, mais situés à proximité des clients qu’ils desservent. Le traitement des données à proximité des clients réduit la latence, améliore le délai de réponse et favorise l’expérience du client. Les tours de téléphonie cellulaire situées à proximité du client peuvent prendre en charge les centres de données périphériques de petite taille et de très petite taille qui augmentent la connectivité pour les opérations sensibles à la vitesse, telles que les opérations financières, la diffusion en continu et les jeux en ligne. Plusieurs entreprises, comme EdgeMicro, construisent et installent ces centres de données basés sur des conteneurs de 7 à 14 baies afin d’améliorer notre expérience collective de l’Internet. Ces centres périphériques (également appelés « supernœuds ») seront nécessaires pour accroître notre connectivité.

Solution n° 2 : Colocation

Lorsque les grandes entreprises de centres de données à très grande échelle ont besoin de plus d’espace qu’elles n’en ont, elles louent de l’espace auprès d’un centre de colocation. Les centres de colocation disposent généralement d’espace disponible dans leurs centres de données spéculatifs. Cette décision ne doit pas être prise à la légère, car la plupart des contrats de location sont d’une durée de 10 à 15 ans. Nous pensons que la tendance à utiliser des centres de colocation ne faiblira pas. Nos conceptions, nos examens par des tiers et nos efforts de mise en service ont aidé les installations de colocation à fonctionner sans problème et à fournir le niveau de service attendu d’un centre de données à très grande échelle. Par exemple, une entreprise de télécommunications Fortune 50 nous a engagés pour effectuer des examens de la conception de son installation de colocation. Nous avons découvert et corrigé de multiples points de défaillance uniques où les sources secondaires d’énergie ou d’eau n’auraient pas fonctionné comme prévu en cas de défaillance des sources primaires. Si ces points de défaillance n’avaient pas été détectés, cela aurait entraîné de graves pannes pour ses clients et aurait pu détruire des millions de dollars d’équipement.

Solution n° 3 : Exploitation et espace de stockage

Les centres de données sont généralement exploités par une entreprise qui a débuté dans un aspect ou un autre de l’activité des centres de données, mais qui a développé une expertise en matière de gestion et d’exploitation. Chaque entreprise a sa propre conception de la fiabilité, qui est révisée et affinée chaque fois qu’une nouvelle installation est construite. Dans la mesure du possible, ces améliorations sont intégrées à des projets déjà construits, sans modification de la construction ou de l’équipement. Comme il est décrit ailleurs dans ce livre blanc, de plus en plus de centres de données dépendront de conteneurs, de l’automatisation, de l’informatique en nuage, de l’informatique de point et d’autres technologies qui sont, pour le dire simplement, de source ouverte jusqu’à la moelle. Cela signifie que Linux ne sera pas seulement le champion de l’infonuagique, mais qu’il régnera sur le monde des centres de données. Des systèmes d’exploitation tels que CentOS 8, Red Hat, SLES et Ubuntu sont tous basés sur Linux ou autour de Linux et verront leur part de marché augmenter massivement d’ici à la fin de 2020. L’explosion des données qui se produit actuellement devrait quadrupler les besoins en stockage de données d’ici 5 ans. La demande de stockage de données ne cessant de croître, les disques SSD deviendront la méthode de stockage de données privilégiée pour remplacer à terme les disques durs traditionnels. Les disques SSD sont plus rapides et plus fiables, et ils peuvent stocker plus de données. L’adoption des disques SSD permettra au même espace de stockage de contenir une quantité beaucoup plus importante de données.

Solution n° 4 : Conteneurisation

La conteneurisation est une méthode de conception de site où un grand nombre d’équipements sont inclus dans de grands conteneurs standardisés. La plupart des constructeurs de très grande échelle veulent être en mesure de commercialiser rapidement leurs produits, tout en réduisant le coût par MW et en améliorant la qualité. Ces trois exigences favorisent les conteneurs préchargés et standardisés construits en usine, souvent à proximité des zones urbaines où une main-d’œuvre expérimentée et formée est plus facilement disponible que dans les sites éloignés de nombreux centres de données à très grande échelle. Dans le monde des centres de données, la conteneurisation permet de réaliser la majeure partie de la construction électrique et une partie de la mise en service fonctionnelle de niveau 4 hors site, avec une mise en service de niveau 4 réduite sur le site. La mise en service de niveau 4 consiste à tester chaque équipement critique individuellement dans des conditions variables afin de confirmer ses performances. Grâce à la conteneurisation, la mise en service des systèmes intégrés de niveau 5 peut se faire plus tôt dans le calendrier. La mise en service de niveau 5 consiste à tester l’ensemble du système ou du bâtiment pour vérifier que tous les composants éprouvés fonctionnent ensemble de manière cohérente en tant que système et qu’ils sont conformes à l’intention de la conception. Un autre avantage de la conteneurisation est qu’elle rend les chantiers plus sûrs ; moins de travaux de construction sont nécessaires sur le chantier, ce qui réduit la superposition des métiers dans de nombreuses régions. Nos experts ont examiné la disposition des équipements dans le cadre de projets de conteneurisation pour plusieurs entreprises de logiciels et de télécommunications Fortune 500, afin de garantir une disposition efficace, des dégagements adéquats et un débit d’air suffisant.

Solution n° 5 : Vitesse de mise en marché

La vitesse de mise en marché est la deuxième priorité des centres de données, juste après la sécurité, d’autant plus que la demande à l’égard des centres de données existants dépasse de loin les bâtiments actuellement en construction et en cours de conception. Plusieurs méthodes sont utilisées pour accélérer la mise en marché. L’adaptation des sites et la conteneurisation réduisent considérablement le temps qui s’écoule entre le début des travaux et le confinement d’un centre. La construction modulaire, où les équipements sont construits sur des châssis mobiles dans une usine et entièrement câblés et testés, a également permis d’accélérer la mise en marché, à l’instar de ce que fait McDean Electric depuis des années. Cependant, même ces méthodes ne sont pas assez rapides. Dans le cas des centres de données à très grande échelle, ceux qui pouvaient auparavant être construits en 18 mois doivent maintenant l’être en 12 mois, et certaines installations de colocation plus petites doivent même être construites en six mois. Soumis à la pression constante de faire plus avec moins, de nombreux développeurs s’adressent à des entrepreneurs et sous-traitants moins coûteux – et donc, parfois, moins expérimentés – qui doivent suivre la courbe d’apprentissage des centres de données, ce qui ajoute souvent du temps et des coûts au projet. Au fur et à mesure que ce secteur continue à mûrir et que les développeurs investissent dans l’acquisition d’une expérience, les conceptions standard et la conteneurisation, ils se rendront compte qu’ils peuvent obtenir une mise en marché encore plus rapide avec des entrepreneurs de haute qualité et une main-d’œuvre expérimentée pour la construction et la mise en service. Par exemple, notre approche Common-Sense Commissioning™ permet de réduire les délais habituels en achevant le processus de mise en service bien plus tôt dans le calendrier de construction que ce n’est le cas habituellement. Pour les principaux clients des secteurs des télécommunications et des logiciels que nous servons, cette approche s’est traduite par des délais plus courts pour le client et une mise en marché plus rapide.

Solution n° 6 : Étages multiples

Les centres de données à plusieurs étages existent depuis un certain temps déjà, principalement dans des immeubles de bureaux reconvertis en centres de données dans des villes du monde où les terrains sont rares. En raison de leur faible empreinte, ces bâtiments sont généralement utilisés par les fournisseurs de services de colocation. L’infrastructure électrique et les refroidisseurs se trouvent généralement aux niveaux inférieurs, tandis que le toit est réservé aux tours de refroidissement. Les centres de données construits sur plusieurs étages sont dotés d’escaliers, d’ascenseurs, de salles mécaniques et de salles électriques extérieurs à l’empreinte du bâtiment, ce qui permet de louer l’ensemble de la surface pour les activités du centre de données. Dans les zones où se trouvent de nombreux centres de données, comme Ashburn en Virginie du Nord, le prix des terrains a grimpé à plus de 2 millions de dollars l’acre, ce qui rend nécessaire la construction de centres de données à plusieurs étages. La plupart des exploitants de centres de données préféreraient s’en tenir à un seul étage, mais les exigences en matière de coût total, de sécurité et de surface les obligent souvent à adopter des structures verticales.

Solution n° 7 : Consommation efficace de l’énergie

Les centres de données consomment beaucoup d’énergie – il est donc essentiel de maximiser l’efficacité. D’ici 2025, on estime que les centres de données utiliseront 4,5 % de l’énergie totale consommée dans le monde. L’indicateur d’efficacité énergétique (PUE) dans les centres de données deviendra encore plus important à mesure que de nouveaux centres de données seront construits. Le PUE est la valeur utilisée à titre de référence en matière d’efficacité ; il s’agit de la puissance totale du bâtiment divisée par la puissance des serveurs informatiques. Plus le PUE est bas, plus le centre de données est efficace. Un centre de données efficace a un PUE de 1,2 à 1,3, mais avec l’immersion totale, des baies refroidies à l’eau ou des serveurs à plusieurs lames à haute densité, le PUE peut être aussi bas que 1,06 à 1,09. Pour obtenir un faible PUE, l’infrastructure initiale est plus coûteuse, mais les économies d’énergie peuvent être substantielles et se cumuler d’année en année. Par exemple, en vérifiant le bon fonctionnement et les valeurs de réglage des équipements dans un centre de données pour l’un de nos clients spécialisés dans les logiciels, nous avons ramené le PUE de 1,5 à 1,2, ce qui a permis d’économiser des milliers de dollars par an en coûts d’énergie et d’eau. D’autres facteurs ont permis de réduire la consommation d’énergie, notamment l’utilisation accrue de luminaires à DEL équipés de détecteurs de mouvement, comme le luminaire à éclairage périphérique Lightway de CCI. L’utilisation d’équipements électriques, de serveurs et de baies modernes, dont les plages de température et d’humidité sont plus élevées, certaines allant jusqu’à 90 degrés F et 90 % d’humidité, peut également réduire la consommation d’énergie. L’utilisation d’une valeur de réglage plus élevée permet un refroidissement plus écoénergétique dans de nombreux domaines. La disponibilité de l’énergie est une préoccupation pour les centres de données à très grande échelle. De nombreux opérateurs de centres à très grande échelle n’exploitent pas l’énergie solaire sur le site, même lorsque de l’espace est disponible sur les toits. Au lieu d’augmenter les coûts de conception et de construction pour renforcer la structure et les systèmes de toiture, ils choisissent plutôt d’acheter et/ou de financer des projets solaires ou des projets d’éoliennes à grande échelle hors site afin de réduire leur impact environnemental. Par exemple, Microsoft a acheté 230 MW à ENGIE au Texas en 2019, ce qui a porté son portefeuille d’énergies renouvelables à plus de 1 900 MW. Les projets d’énergie renouvelable financés par les centres de données augmenteront en nombre pour aider à compenser leur empreinte carbone. De nombreux exploitants de centres à très grande échelle ont pour objectif d’utiliser uniquement des énergies renouvelables, objectif que Google a déjà atteint.

Un regard sur l’avenir des centres de données

Les solutions mentionnées ci-dessus sont toutes très avancées, mais la plupart sont réalisables aujourd’hui. Toutefois, compte tenu de l’importance des centres de données pour l’avenir, l’innovation se poursuit à une vitesse fulgurante. De nouveaux produits continueront d’être inventés, de nouvelles techniques seront mises au point et de nouvelles exigences apparaîtront. Les centres de données du futur comprendront probablement la totalité ou une partie des éléments suivants :

• L’immersion totale des serveurs dans des fluides diélectriques thermoconducteurs afin de réduire les besoins de refroidissement. Une infrastructure de tuyauterie avec des pompes sera nécessaire, mais elle permettra de réduire le nombre de ventilateurs et de compresseurs ainsi que la consommation d’énergie.
• Les ordinateurs quantiques en sont encore aux premiers stades de leur développement, mais ils auront des répercussions significatives sur les centres de données du futur. Ils susciteront de nouvelles avancées dans les domaines de la science, de l’IA, des médicaments et de l’apprentissage machine. Ils feront partie de nombreuses activités telles que le diagnostic plus rapide des maladies, le développement de meilleurs matériaux pour rendre les choses plus efficaces et l’amélioration des stratégies pour nous aider à atteindre nos objectifs financiers. L’infrastructure requise par les ordinateurs quantiques est difficile à construire et à exploiter, car elle nécessite des températures proches du zéro absolu, c’est-à-dire -459 degrés Fahrenheit. IBM Quantum a conçu et construit le premier système intégré d’informatique quantique au monde destiné à un usage commercial, qui fonctionne en dehors des murs d’un laboratoire de recherche.
• Des centres de données sous-marins qui profiteront des effets de refroidissement naturel de l’océan. La taille des centres de données sera limitée, conteneurisée et très efficace, avec beaucoup de refroidissement gratuit.
• De grosses piles à combustible en parallèle, comme celles de Bloom Energy, pourraient être utilisées pour alimenter des bâtiments entiers, tandis que des piles plus petites, comme celles de Ballard, pourraient être utilisées au-dessus des baies informatiques pour alimenter uniquement ces baies. Une infrastructure de gaz naturel serait nécessaire pour cette innovation.
• Les eaux usées industrielles provenant des tours de refroidissement pourraient être détournées vers les égouts pluviaux plutôt que vers les égouts sanitaires. Actuellement, ces eaux usées doivent être traitées par les stations d’épuration. Le détournement de ces eaux serait non seulement bénéfique pour l’environnement, mais il pourrait réduire les coûts du projet et ceux de l’entité locale qui assure le traitement de l’eau.
• Les générateurs au gaz naturel pourraient réduire le niveau d’émissions par rapport aux générateurs diesel. Il faudrait pour cela avoir une infrastructure de gaz naturel et augmenter l’autonomie du réservoir, qui passerait de 72 heures à une durée indéterminée.
• Des baies et puces refroidies à l’eau pour répondre aux exigences des baies à plus haute densité. L’idée d’apporter de l’eau à l’intérieur d’un centre de données jusqu’aux baies n’avait jamais été envisagée auparavant, mais aujourd’hui, cela peut s’avérer nécessaire. Les baies à plus haute densité doivent être refroidies par des moyens non conventionnels, mais éprouvés et testés. Certaines puces de très haute puissance et de grande capacité, généralement des puces d’intelligence artificielle, nécessitent un refroidissement à base d’eau ou de liquide pour la puce elle-même. Les centres de données de l’enseignement supérieur, comme ceux de Georgia Tech, utilisent désormais des techniques de refroidissement sur porte arrière. Les puces refroidies à l’eau, haute performance et haute densité, telles que celles de Cerebras, augmenteraient la puissance nécessaire pour chaque baie jusqu’à 60 kW. Google et Alibaba utilisent déjà des baies refroidies à l’eau, et d’autres suivront bientôt.
• Les baies à plus haute densité, comme les baies à 50 kW que les centres de données de l’enseignement supérieur utilisent, sont de plus en plus courantes.
• La construction et la conception devraient être modifiées. Historiquement, les centres de données ont été construits comme des bâtiments ordinaires, sur le site. Aujourd’hui, une grande partie des équipements qui étaient aménagés de façon traditionnelle sont devenus modulaires, tandis que les équipements modulaires ont évolué vers la conteneurisation, et de nombreux équipements sont déjà conteneurisés et évolutifs.

Principaux éléments à retenir

La construction des centres de données a changé au cours des deux dernières décennies et continuera d’évoluer. Elle a fortement ralenti après l’explosion de l’Internet, mais a connu une croissance constante et substantielle depuis 2010, à un taux de 15 % d’une année à l’autre. Cette tendance devrait se poursuivre au cours des huit à dix prochaines années. La meilleure façon de créer rapidement des centres de données rentables afin qu’ils soient mis en marché le plus tôt possible est probablement de les conteneuriser en faisant appel à des ingénieurs, des entrepreneurs, des sous-traitants et des agents de mise en service expérimentés.