1. Etat de l’art
1.6. Thèmes et orientations de cette recherche
Les chapitres précédents nous ont permis de mieux comprendre le fonctionnement et
l’organisation des centres de calcul, dont le rôle est d’héberger des serveurs informatiques, en
assurant un haut niveau de fiabilité. Le projet de recherche défini avec l’entreprise Cap-Ingelec,
porte sur l’optimisation énergétique des datacenters. Toutefois après cette revue de l’état de l’art, il
apparaît que la consommation des centres de calcul est indissociable de la sécurité de
fonctionnement des équipements IT et de leur environnement thermique. La Figure 29, résume les
relations existantes entre les trois composantes de la chaine de refroidissement.
1.6 Thèmes et orientations de cette recherche
Figure 29 : Relation entre les composantes de la chaine de refroidissement
C’est l’environnement thermique des serveurs qui définit le fonctionnement de l’ensemble de
la chaine de refroidissement. Les équipements doivent être maintenus dans des gammes de
température et d’hygrométrie bien définies sous peine de dégrader leur fonctionnement [15]. C’est
donc le rôle du système de distribution d’air de maintenir l’ensemble des serveurs dans l’enveloppe
thermique appropriée. Toutefois, celui-ci présente généralement des inefficacités qui influencent la
température et le débit d’air froid que doit produire le « groupe froid ». Ces trois blocs sont donc
interdépendants, et la modification de l’un d’entre eux génère un impact sur les deux autres.
De nombreuses publications traitent de la partie « Système de distribution d’air ». De 2009 à
2011, Cho et al [21] [7] réalisent des simulations de différents SDA et comparent leurs
performances. Almolie et al [6] simulent des racks informatiques refroidis par des portes froides et
étudient leurs impacts dans une salle informatique. Shrivastava et al [8] simulent un datacenter de
grande envergure et comparent les résultats obtenus à des mesures expérimentales, estimant ainsi
le niveau de précision atteint par ces simulations. Toutefois, toutes ces études ne traitent pas de la
relation qui existe entre l’environnement thermique et le système de distribution d’air. Or selon le
TC 9.9, la température des serveurs informatiques impacte la quantité d’énergie qu’ils absorbent et
le débit d’air de leur ventilateur, contrôlé par un FSCA. Il est donc probable que ces modifications
entrainent un changement dans l’efficacité du SDA et, par extension, dans la consommation du
« groupe froid ».
La première partie du travail de cette thèse consiste donc à créer un modèle de serveur qui
reproduit le comportement des équipements informatiques de dernière génération. Il doit pouvoir
s’intégrer dans un code de mécanique des fluides et être paramétrable afin de pouvoir simuler tout
type de matériel IT. A partir de ce modèle, des simulations pourront être réalisées afin de quantifier
l’impact des modifications de l’enveloppe thermique sur le SDA et sur les consommations du
système.
Toutefois, de manière à optimiser le fonctionnement de la chaine de refroidissement, il est
nécessaire d’avoir une vision globale « du serveur à la tour » de l’infrastructure. Les auteurs cités
ci-dessus ont montré qu’il était possible de réaliser des simulations de système de distribution d’air et
de les optimiser à l’aide de codes de CFD. Par ailleurs des chercheurs tels que Mackay et Monfet et
al [25], utilisent un logiciel de calcul dynamique afin de simuler le comportement de groupes froids,
et d’optimiser leur consommation.
Environnement Thermique
- Disponibilité des ressources de calcul
- Fiabilité des équipements - Consommation des équipements IT
Système de distribution d’air
- Maitrise de la température à l’entrée des serveurs - Maximisation de l’air froid produit
- Eviter les points chauds et les phénomènes de recirculation
Groupes froid et economizers
- Optimisation des systèmes de régulation - Utilisation de système de free-cooling (air/eau) - Performance des équipements en fonction du climat
1 Etat de l’art
La seconde partie de ce projet de recherche est consacrée à la conception d’un modèle
transversal, capable de simuler le comportement d’un datacenter, depuis le serveur informatique,
jusqu'à la tour de refroidissement. Il s’agit de trouver une méthode numérique permettant de
coupler les simulations d’écoulements d’air et de transferts de chaleur dans une salle informatique,
réalisée à l’aide de code CFD, au modèle de groupe froid simulée avec des logiciels de calcul
thermodynamique. Le modèle numérique de la chaîne de refroidissement obtenu doit permettre de
tester l’impact de la modification de l’une de ses trois composantes. Il pourra également être utilisé
pour concevoir de nouvelles méthodes de régulation, permettant une optimisation dynamique de
l’enveloppe thermique. En fonction des conditions extérieures, le système ajustera la température
des serveurs, de manière à optimiser les consommations d’énergie, tout en maintenant le niveau de
sécurité requis.
1.6 Thèmes et orientations de cette recherche
En résumé et conclusion
L’étude de l’état de l’art permet de mieux comprendre les enjeux énergétiques liés au
fonctionnement des centres de calcul. Depuis le début des années 2000, la consommation
d’énergie mondiale devient un problème majeur et l’accès aux ressources est de plus en
plus limité. Or parallèlement, l’explosion des performances des équipements
informatiques et leur démocratisation, poussent les grandes sociétés de service à construire
des infrastructures capables de garantir un accès permanent et rapide aux données
informatiques de leurs clients : ce sont les datacenters.
De nombreuses recherches ont été menées par les industriels et les chercheurs avec
pour objectif, d’étudier le comportement de ces centres de calcul. Les résultats obtenus
ont mis en évidence les relations très fortes qui existent entre le niveau de fiabilité des
installations et leurs performances énergétiques.
Grâce à la simulation numérique, il est possible de prédire le fonctionnement des
datacenters à plusieurs niveaux. Des simulations de type CFD permettent d’estimer les
champs de température dans les salles informatiques, tandis que des modèles dynamiques
estiment les consommations des systèmes de refroidissement. Au cours de ces dernières
années, ces outils de simulation numérique ont permis de développer des systèmes de plus
en plus performants, garantissant une fiabilité élevée tout en optimisant les besoins en
énergie.
Toutefois, l’analyse de la bibliographie récente sur le sujet, à mis en évidence plusieurs
points qui méritent d’être étudiés avec attention :
Le comportement des serveurs de nouvelle génération varie en fonction de
l’environnement thermique auquel ils sont exposés. Pour des raisons de
fiabilité, et de consommation énergétique, il est nécessaire de modéliser leur
fonctionnement.
Du serveur informatique à la tour, tous les éléments de la chaîne de
refroidissement interagissent ensemble. La modification d’un composant
influence donc le fonctionnement général du système. De manière à obtenir une
vision globale du datacenter, nous proposons de développer un modèle
« transversal » capable de simuler l’infrastructure d’un datacenter type dans son
ensemble.
2.Outil numérique pour la simulation des salles
Dans le document
Optimisation énergétique du rafraichissement des datacenters
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