Consommation des équipements

Les équipements informatiques, grands consommateurs d’énergie, dans un data center, re- groupent les nœuds de calcul et les commutateurs du réseau d’interconnexion. Dans cette thèse, le modèle de serveurs lame ou blade servers est utilisé, de ce fait, un nœud de calcul fait référence à un châssis regroupant un certain nombre de serveurs partageant les mêmes ventilateurs et sources d’alimentation.

Ventilateurs De manière générale, on recense trois (3) catégories de ventilateurs (Moss et Bean, 2009). La catégorie la plus connue est celle des ventilateurs à vitesse constante, où la puissance consommée est quasiment fixe ou varie très faiblement en fonction de la température d’entrée. La Figure 1.8 illustre le comportement d’un tel type de ventilateur. Toutefois, ce type de ventilateur peut se révéler inefficace dans plusieurs situations. En effet, à basse température, le besoin en refroidissement est faible, de ce fait, une vitesse fixe, plus élevée que nécessaire, ne nuira, certes pas, au bon fonctionnement du système, mais engendrera une consommation de puissance inutilement élevée. De même dans le cas inverse où la température d’entrée est très élevée, le ventilateur à vitesse constante ne saurait s’adapter à cette hausse de la température. Il s’ensuivra alors que les serveurs ne seront pas suffisamment refroidis, entraînant dans l’immédiat, des points chauds dans le data center, et à long terme, une détérioration plus rapide des machines.

Afin de remédier à ce problème, deux autres types de ventilateurs à vitesse variable ont été également conçus. Le premier type permet une variation de la vitesse par morceaux et la puissance consommée augmente par plage de température, comme l’illustre la Figure 1.9. Le troisième type de ventilateur, présenté à la Figure 1.10, permet une variation continue

Figure 1.8 Puissance consommée en fonction de la température (Ventilateur de type “X”)

de la vitesse et de la puissance consommée sur l’intervalle de température considérée. Selon les lois régissant le principe de fonctionnement d’un tel type de ventilateur (Lee, 2012), la vitesse de rotation du ventilateur influence ses performances, notamment en termes de flux d’air pénétrant les serveurs et de puissance consommée par le ventilateur, lesquels varient respectivement au carré et au cube de la vitesse de rotation. Or, comme cette dernière augmente linéairement par rapport à la température d’entrée, la puissance consommée par

Figure 1.10 Puissance consommée en fonction de la température (Ventilateur de type “L”)

un ventilateur varie, elle aussi, au cube de la température, à une constante près, ce qui en fait la composante la plus influencée par la variation de la température d’entrée.

Serveurs Les serveurs constituent l’élément principal dans le contexte du Cloud Compu- ting, facilitant l’hébergement des applications en fournissant la puissance de calcul nécessaire. L’énergie consommée par un serveur varie linéairement en fonction de la charge qui y est hé- bergée - quantité de CPU et de disque, mais n’en dépend pas uniquement. Comme l’illustre la Figure 1.11, environ 60% de la puissance totale d’un serveur est consommée en mode veille (en l’absence de charge), et est imputable à l’alimentation du serveur (Chen et al., 2008).

Châssis Dans le modèle des serveurs-lame, un châssis est en général constitué d’un ensemble de serveurs alimentés par une même source et refroidis par les mêmes ventilateurs. De ce fait, la puissance consommée par un châssis comprend l’énergie en mode veille, associée à l’alimentation du châssis en tant que tel, la dissipation des ventilateurs qui y sont rattachés et la puissance consommée par les serveurs actifs (voir Pakbaznia et Pedram, 2009).

Commutateurs La consommation énergétique d’un commutateur suit un modèle iden- tique à celui du serveur, où une certaine quantité de puissance est consommée en mode veille, et une autre partie est proportionnelle au trafic traversant le commutateur (voir Mahadevan et al., 2009).

Figure 1.11 Variation de la puissance d’un serveur

1.1.4.4 Système de refroidissement ou CRAC

Un système de refroidissement se charge de maintenir une température adéquate à l’intérieur du data center, particulièrement lorsque les conditions ne permettent pas de profiter de la température extérieure (free cooling). De manière générale, le cycle de refroidissement, présenté à la Figure 1.12, se déroule comme suit : l’air chaud s’échappant des serveurs et quittant la pièce par des orifices situés au plafond, passe dans un échangeur thermique traversé par un réfrigérant - généralement de l’eau froide ; une fois refroidi, l’air frais est prêt à être acheminé dans la salle des machines, à travers les grilles installées au sol ; quant à l’eau chaude, elle retourne dans le refroidisseur pour être à nouveau rafraîchi (Pakbaznia et Pedram, 2009). L’efficacité du système de refroidissement, définie par son coefficient de performance ou Coef- ficient of Performance (COP), dépend de différents facteurs, comme le liquide utilisé dans le refroidisseur et la vitesse des pompes. Il se mesure comme étant le rapport entre la quantité de chaleur évacuée et la puissance consommée par le refroidisseur pour éliminer cette chaleur. En supposant que la puissance consommée par les équipements informatiques se transforme totalement en chaleur (Pelley et al., 2009), le COP d’un système de refroidissement se quan- tifie en termes de ratio de la consommation énergétique des équipements, sur la puissance qu’il dissipe. Par ailleurs, ce coefficient de performance n’est pas constant et croît avec l’aug- mentation de la température de l’air frais fourni par le CRAC d’un data center (Pakbaznia et Pedram, 2009), comme l’illustre la Figure 1.13.

Pompe Pompe

Pompe

Refroidisseur Échangeur de chaleur

Data center Air chaud Air froid

Réfrigérant chaud Réfrigérant froid

Figure 1.12 Système de refroidissement d’un data center (Posladek, 2008)