Le refroidissement liquide, ou liquid cooling, est l'une des technologies qui suscitent le plus d'intérêt dans le secteur des data centers. Avec l'essor de l'intelligence artificielle (IA) et l'arrivée de serveurs toujours plus puissants, cette technologie gagne en importance. Mais en quoi consiste-t-elle exactement ? Quelles sont les différences avec le refroidissement traditionnel par air ? Et faut-il s'attendre à voir ce dernier disparaître progressivement des data centers ?
Les serveurs dégagent d'importantes quantités de chaleur. Pour éviter toute surchauffe et garantir leur bon fonctionnement, cette chaleur doit être évacuée en permanence. Dans la plupart des data centers, cette fonction est assurée par le refroidissement par air. De l'air froid circule autour des serveurs et à travers ceux-ci, absorbe la chaleur qu'ils produisent, puis est refroidi à nouveau. C'est également le principe utilisé actuellement chez LCL. Mais cela ne signifie pas que l'eau n'intervient pas dans le processus.
« L'eau joue déjà un rôle essentiel dans nos installations de refroidissement », explique Adeline Wantiez, Project Manager Design chez LCL. « Nous utilisons de l'eau froide pour refroidir l'air réchauffé par les serveurs. Cette eau circule en circuit fermé et est réutilisée en permanence. Notre système fonctionne sans refroidissement par évaporation et ne nécessite donc aucun apport d’eau pour refroidir les serveurs. »
La principale différence avec le refroidissement liquide réside dans le fait qu'avec un système classique de refroidissement par air, l'eau ne circule pas jusqu'aux serveurs eux-mêmes. La chaleur est évacuée par l'air. Cette méthode convient parfaitement aux serveurs présentant une densité de puissance relativement faible. En revanche, lorsque cette densité augmente, les besoins en refroidissement peuvent devenir plus importants. C'est là que le refroidissement liquide entre en jeu.
Le refroidissement liquide consiste à évacuer la chaleur produite par les serveurs à l'aide d'un liquide. Selon la technologie utilisée, celui-ci intervient à l'arrière de la baie de serveurs ou directement au niveau des composants qui génèrent le plus de chaleur, comme les puces électroniques.
Les liquides tels que l'eau possèdent une capacité de transport de chaleur nettement supérieure à celle de l'air. En captant la chaleur au plus près de sa source, ces systèmes permettent donc d'évacuer des quantités de chaleur plus importantes.
Le principe n'a pourtant rien de nouveau. Il suffit de penser au système de refroidissement d'un moteur de voiture. Cette technologie est également utilisée depuis de nombreuses années dans les ordinateurs gaming haut de gamme. Alors, pourquoi suscite-t-elle autant d'intérêt aujourd'hui ? La réponse tient principalement à l'augmentation de la densité de puissance des serveurs.
L'intelligence artificielle nécessite une puissance de calcul considérable. L'entraînement et l'exécution de modèles d'IA complexes reposent notamment sur de nombreux processeurs graphiques (GPU) très performants, capables de traiter d'importants volumes de données en parallèle.
Les serveurs d'IA modernes intègrent plusieurs de ces processeurs, ce qui peut faire grimper considérablement la puissance électrique nécessaire par serveur et par baie. Résultat : la puissance de calcul augmente sur une surface limitée, mais la quantité de chaleur à évacuer aussi.
Pour les baies de serveurs classiques, dont la densité de puissance reste relativement faible, le refroidissement par air est généralement suffisant. Mais face aux densités élevées des infrastructures dédiées à l'IA, cette technologie peut atteindre ses limites. Le refroidissement liquide permet alors de répondre à des besoins de refroidissement nettement plus importants.
Tous les systèmes de refroidissement liquide ne fonctionnent pas de la même manière. Leur principale différence réside dans la proximité entre le liquide de refroidissement et les composants qui produisent la chaleur. On distingue trois grandes technologies.
Le rear-door cooling consiste à installer un échangeur thermique à l'arrière de la baie de serveurs. L'air chaud évacué par les serveurs traverse cet échangeur et transmet sa chaleur au liquide de refroidissement.
Le liquide se rapproche ainsi des serveurs, mais le transfert de chaleur s'effectue toujours par l'intermédiaire de l'air. Cette solution permet d'augmenter la capacité de refroidissement sans devoir modifier les serveurs eux-mêmes.
Avec le direct-to-chip cooling, le liquide de refroidissement circule dans des conduites jusqu'à des plaques de refroidissement placées directement sur les composants qui dégagent le plus de chaleur, notamment les processeurs centraux (CPU) et les GPU.
La chaleur est ainsi captée directement à la source. Cette technologie est donc particulièrement adaptée aux serveurs présentant une densité de puissance élevée.
L’immersion cooling, ou refroidissement par immersion, consiste à plonger les serveurs dans un liquide spécialement conçu pour ne pas conduire l'électricité. Celui-ci absorbe directement la chaleur dégagée par les composants électroniques.
Cette technologie permet de gérer des charges thermiques particulièrement élevées, mais elle nécessite des infrastructures spécifiques ainsi que des procédures de maintenance adaptées. Elle reste donc moins répandue que les autres solutions.
Le refroidissement liquide présente des avantages indéniables pour les infrastructures à haute densité de puissance. Cela ne signifie pas pour autant que le refroidissement par air est voué à disparaître. Pour de nombreuses applications, il reste une solution fiable et efficace.
« Pour les baies de serveurs classiques, avec une densité de puissance plus faible, le refroidissement par air reste parfaitement adapté », souligne Adeline Wantiez. « Le refroidissement liquide implique des équipements supplémentaires, des coûts additionnels et des besoins de maintenance spécifiques. Il n'y a donc pas de raison de convertir systématiquement tous les serveurs existants à cette technologie. »
D'ailleurs, même dans de nombreux serveurs équipés d'un système de refroidissement liquide, certains composants continuent d'être refroidis par air.
Les deux technologies sont donc complémentaires. Le choix de la solution la plus adaptée dépend de plusieurs facteurs : la densité de puissance, les équipements informatiques utilisés et les besoins spécifiques du client.
L'adoption du refroidissement liquide ne concerne pas uniquement les serveurs. Elle a également des implications pour l'ensemble de l'infrastructure du data center.
Les baies à haute densité de puissance consomment davantage d'électricité. L'infrastructure électrique doit donc disposer d'une capacité suffisante pour répondre à cette demande. Des équipements de refroidissement adaptés, des conduites, des échangeurs thermiques et des unités de distribution du liquide de refroidissement, appelées CDU (Coolant Distribution Units), sont également nécessaires pour acheminer le liquide jusqu'aux baies.
Il est possible d'adapter un data center existant, mais cela peut nécessiter des travaux importants. Pour les nouveaux data centers, il est donc judicieux d'anticiper les futurs besoins en refroidissement dès la phase de conception.
Chez LCL, cette évolution est déjà prise en compte. Le nouveau data center du site LCL Brussels-North est ainsi conçu pour accueillir des solutions de refroidissement liquide. Des salles informatiques existantes sont également adaptées afin de répondre aux besoins des clients nécessitant une capacité de refroidissement plus élevée. LCL travaille notamment à la transformation d'une salle informatique pour y permettre l'installation de systèmes de refroidissement liquide.
« Le refroidissement liquide n'est pas une solution standard qui convient de la même manière à tous les clients », conclut Adeline Wantiez. « La technologie choisie doit être adaptée aux serveurs et aux besoins spécifiques de chacun. C'est pourquoi nous examinons au cas par cas les infrastructures et les solutions de refroidissement nécessaires. »
L'avenir du refroidissement des data centers ne repose donc pas sur un choix entre l'air et le liquide, mais bien sur une combinaison adaptée de ces deux technologies. En choisissant des solutions de refroidissement en fonction des équipements informatiques et des besoins de chaque client, les data centers peuvent continuer à répondre à la demande croissante en puissance de calcul, tout en préservant la fiabilité et l'efficacité de leurs infrastructures.
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