Comment la chaleur, l’humidité, les contraintes hydriques et les conditions extérieures modifient la conception du système de refroidissement
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« Le refroidissement tropical n’est pas une conception standard avec des équipements surdimensionnés. Il s’agit d’une enveloppe de fonctionnement différente, qui doit être conçue en tenant compte du climat réel, des limites en ressources en eau et des risques opérationnels. » |
L’augmentation des densités de racks entre en conflit avec les réalités du déploiement tropical : températures extérieures élevées, humidité persistante, et pression croissante tant sur la consommation d’énergie que sur l’usage de l’eau. Dans ces conditions, la conception du système de refroidissement va bien au-delà d’un simple exercice de sélection d’équipements.
Un système de refroidissement qui fonctionne bien dans des conditions climatiques tempérées peut perdre de sa capacité, consommer davantage d’énergie ou générer des risques de condensation et de corrosion lorsqu’il est déployé à Singapour, à Johor, à Batam ou dans d’autres marchés tropicaux. Le défi ne consiste pas simplement à évacuer davantage de chaleur. Il s’agit plutôt de maintenir une performance thermique prévisible tout au long de l’année, tout en protégeant les équipements informatiques, en maîtrisant la consommation des ressources et en préservant la facilité de maintenance.
Cinq enjeux de conception sont particulièrement critiques pour les infrastructures d’intelligence artificielle en zone tropicale.
Les projets tropicaux doivent être conçus en tenant compte des heures où le système de refroidissement subit la contrainte maximale, et non uniquement de la température moyenne annuelle. Les équipements extérieurs d’évacuation de chaleur peuvent perdre de leur capacité à mesure que la température sèche ou humide augmente, tandis que les compresseurs, les ventilateurs et les pompes peuvent fonctionner plus près de leurs limites.
Cela affecte la sélection et la puissance nominale des refroidisseurs à air, des installations à eau, des refroidisseurs secs et des systèmes adiabatiques. Une unité dont la puissance nominale est indiquée pour des conditions standard du catalogue peut ne pas fournir la même capacité pendant la période de température ambiante maximale sur site. Les équipes de conception doivent vérifier les performances aux conditions locales maximales, aux températures de fluide prévues, à l’altitude et aux points de fonctionnement à charge partielle.
La chaîne thermique doit également être vérifiée dans son ensemble. Des températures plus élevées de l’eau de l’installation peuvent améliorer le rendement du refroidisseur ou du refroidisseur sec, mais la différence de température disponible (approach temperature) doit toutefois permettre le bon fonctionnement du CDU, de la boucle de rack et des plaques froides des serveurs. La marge de capacité doit être déterminée en fonction de la condition de fonctionnement la plus défavorable, et non pas en fonction de la puissance nominale la plus élevée.
Une humidité élevée modifie le risque de condensation. L’humidité relative seule ne permet pas de savoir si de l’humidité va se former sur les tuyaux froids, les vannes, les collecteurs ou les surfaces des équipements. Le point de rosée constitue le paramètre de contrôle le plus important.
Si les températures du liquide de refroidissement ou de l’eau glacée descendent en dessous du point de rosée ambiant, de la condensation peut se former, même si la température ambiante semble acceptable. Cela crée des risques autour de l’isolation des tuyaux, des raccords rapides, des points de service et des équipements ouverts pendant la maintenance.
Une conception de refroidissement liquide tropicale doit donc coordonner la température d’alimentation du liquide de refroidissement, le point de rosée ambiant, l’épaisseur de l’isolation, les barrières à la vapeur et la stratégie de contrôle de l’humidité. Les capteurs doivent être placés là où le risque existe réellement, et non uniquement à un point général de surveillance ambiante. Les séquences de fonctionnement doivent également empêcher le système de fournir un fluide inutilement froid au démarrage, en régime de faible charge ou en cas de perte temporaire du contrôle de l’humidité.
La norme singapourienne pour les centres de données tropicaux montre qu’il est possible d’utiliser des températures de fonctionnement plus élevées en toute sécurité, à condition que l’enveloppe environnementale soit mesurée et gérée. L’objectif est une optimisation contrôlée, et non simplement une augmentation des consignes.
L’option de refroidissement à la consommation électrique la plus faible n’est pas automatiquement la meilleure solution si elle dépend d’une eau qui est limitée, coûteuse ou difficile à entretenir.
Les groupes froids à refroidissement par eau et les tours de refroidissement peuvent offrir une forte efficacité dans les climats chauds, mais ils impliquent des besoins en eau, en traitement de l’eau, en évacuation des eaux usées (blowdown) et en gestion du panache. Les groupes froids à refroidissement par air et les refroidisseurs secs réduisent l’utilisation directe d’eau, mais leur consommation d’énergie et leur encombrement physique peuvent augmenter lors des conditions ambiantes extrêmes. Les systèmes adiabatiques se situent entre ces deux options, car ils n’utilisent de l’eau que lorsque le fonctionnement à sec ne permet pas d’atteindre la température requise du fluide en sortie.
Les équipes de projet doivent évaluer à la fois l’efficacité d’utilisation de l’énergie (PUE) et l’efficacité d’utilisation de l’eau (WUE) sur la base de conditions annuelles réalistes de fonctionnement. La décision doit également prendre en compte la qualité de l’eau, le traitement chimique, les compétences nécessaires pour l’entretien, les exigences locales en matière de rejet et la valeur commerciale de l’eau en période de sécheresse ou de restrictions d’approvisionnement.
Pour les installations d’intelligence artificielle, le refroidissement liquide à eau tiède peut élargir la plage horaire pendant laquelle le rejet thermique à sec ou hybride reste pratique. Toutefois, les températures atteignables dépendent de la technologie des serveurs, de l’écart de température à l’entrée du CDU et de la charge résiduelle de refroidissement par air.
Les équipements de refroidissement extérieurs en Asie du Sud-Est peuvent être exposés à des pluies intenses, à des rayonnements ultraviolets, à de l’air chargé de sel, à des contaminants aéroportés et à des orages fréquents. Ces facteurs nuisent à la capacité et à la fiabilité à long terme, même si la conception thermique initiale est correcte.
La corrosion des serpentins réduit les performances de transfert thermique et peut entraîner des fuites de fluide frigorigène ou de liquide. Les armoires électriques, les moteurs de ventilateur, les capteurs et les tableaux de commande doivent bénéficier d’une protection adaptée à l’environnement d’installation. L’évacuation des eaux doit empêcher toute accumulation d’eau stagnante autour des équipements, tandis que les plates-formes d’accès et les espaces de maintenance doivent rester utilisables par temps humide.
Les sites côtiers ou industriels doivent inclure une évaluation de la corrosion couvrant les revêtements de bobines, les matériaux de châssis, les éléments de fixation, les tuyauteries, les armoires électriques et les intervalles d’entretien. Les revêtements protecteurs doivent être sélectionnés en fonction de leur compatibilité avec les performances de transfert thermique et les procédures de nettoyage, plutôt que d’être spécifiés uniquement par une étiquette générique de résistance à la corrosion.
La résilience en extérieur comprend également la protection contre la foudre, la mise à la terre, les charges de vent, l’élévation par rapport aux inondations et l’isolement sécurisé des équipements. La préparation aux climats tropicaux constitue une exigence de conception intégrée au cycle de vie, et non pas un simple indice de protection (IP).
Le refroidissement liquide direct sur puce peut évacuer une grande partie de la chaleur générée par les GPU, mais la plupart des salles de données IA conservent toutefois une charge de refroidissement par air. La mémoire, le stockage, les commutateurs réseau, les alimentations électriques et d’autres composants continuent probablement de rejeter de la chaleur dans la pièce.
La charge résiduelle d’air doit être quantifiée plutôt que supposée. Le refroidissement par rangée, les murs de ventilateurs, les échangeurs thermiques à porte arrière ou les systèmes au niveau de la salle peuvent encore être requis, selon l’architecture des serveurs et le taux de captation du refroidissement liquide. Ignorer cette charge peut créer des points chauds locaux, même lorsque la boucle liquide dispose d’une capacité suffisante.
La conception doit également prendre en compte ce qui se produit lorsque partie de la chaîne de refroidissement est indisponible. Une perte de rejet thermique, de capacité du CDU, de puissance de pompage ou de commande peut faire monter rapidement la température des composants dans les armoires haute densité. La redondance, le maintien thermique temporaire, la réaction aux alarmes et l’arrêt contrôlé des équipements IT doivent être définis en fonction des exigences métiers.
Le refroidissement hybride exige donc une coordination opérationnelle entre les systèmes liquide et air. L’objectif n’est pas de maximiser l’une ou l’autre technologie, mais de maintenir l’ensemble de l’environnement IT en toute sécurité, tant en conditions normales, partielles que de défaillance.
Le refroidissement adapté aux climats tropicaux ne résulte pas d’une augmentation de la capacité des équipements ni de l’ajout d’un système de refroidissement liquide à une conception conventionnelle. Il exige une évaluation conjointe du climat local du site, de la charge informatique (IT), de la stratégie en matière d’eau, de la méthode d’évacuation de la chaleur et de la plage de fonctionnement.
Les conceptions les plus robustes s’appuient sur les conditions extrêmes locales, maîtrisent le point de rosée, prennent en compte à la fois la consommation énergétique et la consommation d’eau, protègent les équipements extérieurs et préservent la capacité de refroidissement pour les charges résiduelles d’air ainsi que pour les scénarios de défaillance. Ces décisions doivent être prises avant la finalisation de l’agencement des armoires, du choix des installations techniques et des interfaces du site.
Pour les centres de données IA d’Asie du Sud-Est, l’architecture de refroidissement la plus efficace n’est pas celle qui affiche la valeur nominale la plus impressionnante. C’est celle qui demeure efficace, facile à entretenir et prévisible tout au long de l’année réelle d’exploitation tropicale.
1. Infocomm Media Development Authority. SS 697:2023 – Déploiement et exploitation des équipements informatiques des centres de données dans un climat tropical.
2. Infocomm Media Development Authority. Feuille de route pour les centres de données verts. Singapour, 2024.
3. Autorité de la construction et des bâtiments et Autorité du développement des technologies de l’information et des communications. Norme Green Mark BCA-IMDA pour les centres de données 2024.
4. Comité technique ASHRAE 9.9. Lignes directrices thermiques pour les environnements de traitement des données. Cinquième édition, 2021.
5. Comité technique ASHRAE 9.9. Lignes directrices sur le refroidissement liquide pour les centres d’équipements de télécommunications. Deuxième édition, 2014.
6. Autorité malaisienne de développement des investissements. Ligne directrice relative au développement durable des centres de données. Malaisie, 2024.
7. Association de l’industrie des télécommunications. ANSI/TIA-942-C : Norme d’infrastructure de télécommunications pour les centres de données. 2024.
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