Marché des centres de données en conteneurs : tendances actuelles et perspectives

Réel -principaux points de douleur mondiaux façonnant la conception moderne du refroidissement

Si vous avez travaillé concrètement sur des projets d’infrastructure orientés edge et IA, vous remarquerez que les défis liés au refroidissement dépendent rarement uniquement de l’équipement. De nombreuses équipes projet avec lesquelles j’ai collaboré lors de déploiements antérieurs ont rencontré des problèmes évitables parce qu’elles avaient choisi une architecture de refroidissement non adaptée au climat local, à la densité de puissance par rack et aux conditions de main-d’œuvre sur site. Une expérience terrain représentative provient d’un déploiement edge à l’étranger, où le client avait initialement prévu d’installer des salles machines conventionnelles construites sur site pour des charges de travail régionales 5G et financières. Les délais de construction se sont allongés, la main-d’œuvre qualifiée locale pour l’installation était limitée, et des épisodes inattendus de fortes températures estivales ont provoqué à plusieurs reprises un ralentissement thermique du matériel informatique avant la réception complète du projet. Ce projet a finalement opté pour une infrastructure de centre de données en conteneur, choisissant le Containerized Data Center de 20 pieds comme matériel principal pour les nœuds edge, avec des sous-systèmes de refroidissement pré-intégrés livrés après une validation complète en usine.

Ce cas pratique repose sur des observations documentées par la communauté ASHRAE TC 9.9. Leurs lignes directrices thermiques constituent les références mondiales les plus citées pour limiter les plages de température de fonctionnement des équipements informatiques (IT) (ASHRAE). Traditionnellement, le refroidissement par air des équipements IT était simple et direct. Toutefois, l’évolution récente de la composition des charges de travail dans les centres de données a mis à l’épreuve l’industrie du refroidissement par air, notamment pour les charges de travail liées à l’intelligence artificielle (IA) et au calcul haute performance (HPC). Avec le refroidissement par air, l’idée consiste à augmenter la surface des serpentins afin de gérer des charges accrues, ainsi que la hauteur des unités de refroidissement pour accroître le volume d’air pouvant être refroidi. Ces défis ont repoussé les limites des plages de température de fonctionnement autorisées pour les équipements IT. Appliquer systématiquement ces limites ou adopter une approche trop conservatrice peut s’avérer plus coûteux à long terme. Les ingénieurs en conception de systèmes de refroidissement pour les actifs de centres de données conteneurisés doivent déterminer si les solutions de refroidissement évaporatif indirect, de refroidissement par air basé sur les rangées, hybride air-liquide ou à boucle liquide-liquide répondent à la puissance requise par les armoires. Notre équipe de fabrication effectue, avant expédition, des essais de pression et des contrôles d’étanchéité, ainsi qu’une simulation partielle sous charge thermique, dans nos installations de 30 000 m². La plupart des risques d’intégration sont résolus avant l’expédition des conteneurs aux utilisateurs finaux. Ce flux de travail réduit la dépendance à l’égard de techniciens sur site, dont la disponibilité est limitée — un avantage majeur pour les projets menés au Moyen-Orient et en Afrique.

Commerce technique -compromis entre le refroidissement par air -et le refroidissement par liquide -mises en œuvre

Certains considèrent le refroidissement par liquide et le refroidissement par air comme des approches opposées. En pratique, ils se complètent dans le cadre de projets d’infrastructure à grande échelle. Les modules de climatisation de précision en ligne (In-Row Precision Cooling Modules) intégrés à nos centres de données conteneurisés de 20 pieds utilisent le refroidissement par air et restent économiques jusqu’à une charge informatique (IT load) de 25 kW, ce qui les rend idéaux pour les installations périphériques gouvernementales et télécoms, ainsi que pour certains déploiements cloud. Les centres de données modulaires refroidis par air simplifient les flux de travail, nécessitent moins de personnel qualifié sur site et profitent du refroidissement gratuit lorsque les conditions environnementales le permettent. Comme le refroidissement par liquide, le refroidissement par air présente des limites et impose des contraintes pratiques lorsqu’on envisage des charges de travail d’intelligence artificielle (AI) très denses.

Les conceptions à refroidissement liquide remplacent les conceptions à refroidissement par air pour les applications d’IA à forte densité. La série Nebula, micro-centre de données modulaire à refroidissement liquide, et les unités conteneurisées de la série INFINITY, de deux conteneurs de 40 pieds, offrent un cadre hybride de refroidissement air-liquide capable de supporter une densité au niveau des armoires de 100 kW. Ces solutions ciblent spécifiquement l’entraînement de modèles d’IA et le calcul haute performance (HPC). Selon le Cadre de performance énergétique des centres de données IA d’ASHRAE/NEMA/PNNL, les configurations thermiques hybrides doivent être examinées pour les infrastructures informatiques de nouvelle génération, afin de couvrir la plage de température de l’eau d’alimentation, les refroidisseurs à détente libre (free-cooling) ainsi que le fonctionnement des tours de refroidissement tout au long des changements saisonniers. Les produits de centres de données conteneurisés à refroidissement liquide intègrent, lors de leur assemblage en usine, des unités CDU, des circuits liquides, des systèmes de détection de fuites et des modules DCIM. Chaque circuit fluide subit des essais de pression hydrostatique et des cycles de débogage, réduisant ainsi les risques d’incidents sur les canalisations. Les circuits à refroidissement liquide impliquent des considérations supplémentaires, telles que la compatibilité du fluide, le filtrage et la maintenance, que les concepteurs de produits doivent divulguer aux utilisateurs finaux.

Pré-usine -intégration et assurance qualité des sous-systèmes de refroidissement

Dans la quête d’une fiabilité de bout en bout du système de refroidissement, il convient également de considérer comment et où s’effectuent l’assemblage final et la validation du système de refroidissement. Les différences principales entre les approches traditionnelles des projets de centres de données et celles, plus récentes, des projets de fabrication de centres de données conteneurisés, en ce qui concerne l’intégration mécanique des systèmes de refroidissement, offrent des aperçus intéressants sur d’éventuelles lacunes dans la construction traditionnelle des centres de données. La majeure partie des travaux mécaniques pour les projets traditionnels de centres de données est réalisée sur le site du client, ce qui signifie que les performances finales du système de refroidissement sont affectées par plusieurs facteurs non maîtrisés (variabilité de la qualité de l’exécution, retards liés aux conditions météorologiques, coordination des sous-traitants). Les projets de fabrication de centres de données conteneurisés inversent cette logique : les principaux composants du système de refroidissement sont intégrés et pré-testés dans un environnement industriel, puis transportés sur le site du client.

Dans notre processus de fabrication, nous avons mis au point une approche systématique pour vérifier l’intégrité des sous-systèmes de refroidissement. L’assemblage mécanique est suivi d’une validation statique des canalisations et des câblages. Une série de contrôles fonctionnels est ensuite effectuée, notamment la rotation des ventilateurs, la mise en marche des refroidisseurs, la confrontation croisée des capteurs et l’étalonnage des débitmètres du CDU. Des charges thermiques factices sont simulées afin de générer divers profils de chaleur, permettant ainsi de solliciter pleinement le système de refroidissement et d’observer son comportement. Une condition de charge partielle peut être entièrement testée avant la livraison du data center conteneurisé sur le site du client. Des systèmes de refroidissement par air, par liquide et par fluide frigorigène sont disponibles pour chacun des data centers conteneurisés de 20 pieds. Chaque unité fait l’objet de tests complets, et une documentation relative aux performances du système de refroidissement est fournie au client avant expédition. Cette approche exhaustive de garantie qualité hors site s’avère particulièrement précieuse pour les clients situés dans des régions à haut risque, où peu ou pas de support local n’est disponible pour la mise en service de systèmes critiques.

Adapter les architectures de refroidissement aux exigences géographiques et commerciales

Les performances de refroidissement ne peuvent pas être évaluées de façon isolée par rapport à la géographie d’exploitation. Des solutions efficaces dans les zones tempérées peuvent rencontrer de sérieuses difficultés dans des conditions tropicales à forte humidité ou désertiques à très haute température. Des températures ambiantes élevées augmentent la durée de fonctionnement du refroidissement mécanique, tandis que les environnements humides limitent l’usage de modes de refroidissement gratuit de type évaporatif. De nombreux clients envisageant des déploiements de centres de données en conteneurs cherchent une expansion rapide de leur capacité sans attendre les longs cycles de construction traditionnelle, mais sous-estiment l’impact du climat sur le dimensionnement des équipements de refroidissement et la configuration de la redondance.

Pour les déploiements axés sur le « edge », tels que les sites télécoms distants ou les infrastructures financières de type bureaux secondaires, le centre de données en conteneur de 20 pieds offre une évolutivité flexible. Les clients peuvent commencer avec des nœuds autonomes de 15 à 25 kW, puis regrouper ultérieurement plusieurs conteneurs à mesure que la demande de calcul augmente, la capacité de refroidissement évoluant parallèlement à l’ajout de racks informatiques. Pour les déploiements à grande échelle orientés IA, nous privilégions nos grappes de conteneurs de 40 pieds à refroidissement par air ou nos groupes de conteneurs de la SÉRIE INFINITY à refroidissement liquide, conçus pour gérer des capacités informatiques totales allant de plusieurs centaines de kilowatts à plusieurs mégawatts cumulés. Lors des phases d’appel d’offres et de conception sur mesure, notre équipe d’ingénierie analyse conjointement les données météorologiques historiques locales et les prévisions de charge informatique fournies par le client, afin d’ajuster les seuils d’activation du refroidissement gratuit, les schémas de redondance N+X des équipements de climatisation et les prévisions d’utilisation d’eau. La surveillance DCIM intégrée à chaque centre de données en conteneur enregistre en continu les paramètres de refroidissement, aidant ainsi les opérateurs locaux à suivre les températures d’admission, la durée de fonctionnement des équipements et la consommation énergétique sur le long terme.

Équilibrer l’efficacité, la résilience et le coût total -coût -de -de possession pour les feuilles de route en matière de refroidissement

Des compromis s’imposent lors de la définition des stratégies de refroidissement. La feuille de route en matière de refroidissement doit tenir compte de contraintes telles que les exigences d’« alimentation continue », la résilience opérationnelle et la charge liée à la maintenance, entre autres. En général, réduire le PUE constitue un objectif légitime ; toutefois, dans la quête de cibles de plus en plus basses, une entreprise risque de dépenser inutilement trop en matériel et de compromettre sa disponibilité. La redondance revêt également une importance capitale : les sous-systèmes de refroidissement peuvent être configurés selon les schémas N+1 ou 2N, ce qui implique un compromis entre atténuation des pannes et coût total de possession.

Les systèmes de centres de données en conteneurs offrent une flexibilité architecturale. Par exemple, certains projets ont adopté une « stratégie thermique mixte », où le refroidissement liquide est utilisé pour certains modules (p. ex. la partie IA), tandis que le refroidissement par air est appliqué à d’autres modules (p. ex. l’informatique générale). Parmi les références de projets figurent des déploiements d’entreprise à grande échelle au Kazakhstan, ainsi que des charges de travail IA aux États-Unis (l’une des références concerne un réseau de classe opérateur, l’autre un domaine lié à la sécurité publique). L’accent principal doit être mis sur le cycle de vie des équipements. À titre d’exemple : bien que le matériel de la société A coûte autant que celui de la société B, l’équipement de la société A peut présenter un taux de disponibilité inférieur, une charge de maintenance plus élevée et une moindre souplesse dans les compromis. Notre Entreprise dispose d’une plateforme de diagnostic à distance et nous fournissons un soutien technique sur site transfrontalier afin d’aider les clients après livraison. Cette démarche vise à garantir que les systèmes de refroidissement des centres de données en conteneurs restent conformes à leur conception initiale.

Questions fréquemment posées

Q1 : Comment sélectionner l’air -refroidi ou à refroidissement liquide -centre de données conteneurisé refroidi ? R : Évaluer la densité de puissance par baie, le climat local et la capacité de maintenance sur site. La version air-cooled du centre de données conteneurisé de 20 pi convient aux charges inférieures à 25 kW de puissance IT totale dans le conteneur. Le refroidissement liquide convient aux charges de travail IA à forte densité et exige une maintenance compétente du circuit liquide.

Q2 : Le refroidissement -intégré en usine respecte-t-il les normes thermiques internationales ? R : Les conceptions suivent les lignes directrices thermiques ASHRAE TC 9.9 pour les équipements informatiques. Chaque unité subit des essais thermiques en usine. Les performances finales sur site dépendent toutefois d’une installation et d’une mise en service adéquates des équipements sur site.

Q3 : Quels sont les principaux risques liés aux centres de données conteneurisés -à refroidissement liquide ? R : Les principaux risques comprennent les fuites dans les canalisations, l’obstruction des filtres et le désaccord entre la source froide et les besoins. Des capteurs intégrés de fuite et une surveillance en temps réel via le système DCIM permettent d’atténuer ces risques.

Q4 : La capacité de refroidissement peut-elle être étendue après livraison du conteneur ? R : Une seule unité possède une capacité de refroidissement interne fixe. L’extension s’obtient en ajoutant des unités supplémentaires afin de constituer un groupe. Partagez vos projets d’expansion futurs dès la phase initiale de conception.

Q5 : Quelle est l’importance de la qualité de l’installation sur site ? R : La majeure partie des travaux d’intégration est réalisée en usine. Toutefois, une connexion adéquate à l’alimentation électrique, à la terre et à la source froide demeure essentielle pour garantir des performances stables de refroidissement.

ASHRAE : Cadre de performance énergétique des centres de données IA

Publié conjointement par ASHRAE, NEMA et PNNL (Pacific Northwest National Laboratory)