Les technologies telles que l’Internet des objets, le Cloud, les smartphones, la 5G ou l’intelligence artificielle ont provoqué l’explosion du volume de données générées par l’humanité. De toute évidence, nos besoins en Datacenters augmentent en proportion puisqu’il est nécessaire de stocker ces données.

Or, ces Datacenters représentent en réalité un véritable fléau pour l’environnement. En 2016, l’ensemble des centres du monde entier auraient consommé 416,2 terawatt heure soit plus que le Royaume-Uni et ses 300 terawatt heure. En 2030, les Datacenters au niveau mondial pourraient consommer 10% de la production mondiale d’électricité contre 3 % actuellement selon les chiffres du Gartner.

Les Datacenters ont de fait un impact sur l’empreinte carbone à hauteur de 17%. Leurs émissions totales de gaz à effet de serre pourraient passer de 2% à 14% en 20 ans.

Peu ont conscience de cette réalité !

Afin de parer à la production d’air chaud des équipements informatiques, il est nécessaire de mettre en place des systèmes de refroidissement pour s’assurer de leur bon fonctionnement (cf. Quels sont les nouveaux systèmes de refroidissement au sein des Datacenters?). C’est justement le refroidissement de ces Datacenters qui consomme environ 40% de l’énergie totale consommée d’un Datacenter.

L’impact des Datacenters sur l’environnement est aussi lié au fait que le secours électrique repose le plus souvent sur des batteries, éléments polluants. Les Datacenters sont donc bel et bien néfastes pour l’environnement.

Il est important de prendre en compte ces impacts environnementaux et de trouver des moyens pour les réduire.

Les solutions pour réduire la consommation énergétique des centres de données

• Construction de Datacenters dans des régions froides permettant d’utiliser le Freecooling ou free chilling.
• Utilisation de solutions de refroidissement par évaporation en contrôlant en permanence les températures des équipements informatiques et de l’éclairage.
• Construction de serveurs pour qu’ils consomment moins en supprimant un maximum la carcasse (Google a réduit de 50% son énergie consommée).
• Récupération de la chaleur dégagée par les Datacenters pour chauffer des logements ; par exemple, les bailleurs sociaux Paris Habitat et Gironde Habitat ont noué des partenariats avec des Datacenters pour chauffer des HLM.
• Gestion des serveurs actifs par priorité en fonction de l’activité ce qui permet d’économiser 10 à 15% d’énergie et d’étaler la consommation ; Système Autoscale de Facebook.

• L’analyse des données de production (humidité, température et autres données) permet d’accroître l’efficacité énergétique en adaptant la production de froid en temps réel et donc de réduire la consommation d’énergie, de diminuer les coûts (les équipements primaires ne sont plus contrôlés par leurs sondes mais par les équipements informatiques en fonction de leur besoin) ; par exemple, Google utilise des réseaux dit « neurones » pour adapter le fonctionnement des serveurs en temps réel.
• L’utilisation de la robotique pour automatiser les opérations en Datacenter grâce entre autres au robot aspirateur iRobot Roomba qui est doté de capteurs d’humidité et de température pour surveiller la température des Datacenters de chez IBM et qui donne des informations de fonctionnement au groupe froid en temps réel.
• L’utilisation de l’Intelligence Artificielle et de la Robotique afin de surveiller et agir comme par exemple pour le Datacenter immergé Compute Coop de Yahoo. Les agents IA installés sont capables de surveiller le son des générateurs.
• Un système robotique intitulé OTTO* offrant la possibilité d’automatiser entièrement un Datacenter. Ce système aurait l’avantage d’être plus efficace, de détecter les problèmes immédiatement afin de laisser le temps aux experts de traiter les problèmes complexes.

• La mise en commun des ressources de calcul entre les serveurs.
• La mise à jour partielle qu’ont certains composants seulement afin de ne pas surconsommer en réinstallant en totalité les systèmes.
• L’utilisation de matériaux et d’équipements permettant l’exploitation, la maintenance et la rénovation plus écologique, émettant un minimum de gaz à effet de serre et limitant leur empreinte carbone.

Au vu de ces éléments, il devient urgent d’atténuer l’impact de nos Datacenters sur l’environnement, dans notre monde. Ces impacts, étant donné l’augmentation du volume de données au fil des années, va être de plus en plus signifiant.

iDNA peut vous accompagner car il existe de nombreuses solutions alternatives pour vos Datacenters !

*La technologie OTTO repose sur un refroidissement par immersion à deux phases. Les serveurs sont immergés dans un fluide refroidissant permettant d’évacuer la chaleur sous forme de vapeur. Les cuves de refroidissement sont immergées dans des micro-Datacenters modulaires. Les robots se chargent du remplacement des serveurs défaillants. Le serveur est soulevé hors de la cuve d’immersion, puis placé dans une enceinte près de la cuve où sont entreposés les serveurs de backup. Le bras robotique saisit ensuite un serveur de backup pour le placer dans la cuve et le connecter à la fibre et l’alimentation électrique via un backplane plug-n-play.

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Devant la course à l’optimisation et la puissance des équipements informatiques ainsi que le maintien de la température interne des Datacenters (24 à 27°C selon l’ASHRAE), les gestionnaires des Datacenters ont dû s’adapter afin d’optimiser la consommation énergétique.

Face à la complexité de refroidissement des systèmes informatiques, différentes technologies de climatisation avancées ont vu le jour :

Refroidissement à air libre, le Free Cooling

Le Free Cooling consiste à utiliser directement l’air froid extérieur filtré pour refroidir un local. On introduit de l’air extérieur si celui-ci est d’une température plus basse que l’air repris (intérieur) et que la régulation est en demande de froid.

L’air froid peut provenir de cours d’eau, de lacs et d’autres sources d’eau. Il convient toutefois d’utiliser des systèmes de climatisation industriels si l’air libre extrait est trop froid. La différence d’air entre l’intérieur et l’extérieur ne doit pas dépasser 10°C.

Refroidissement à eau, le Free-Chilling

Le Free-Chilling va consister à apporter de la fraicheur avec des techniques à très basse consommation, utilisant les énergies renouvelables comme l’air, l’eau ou l’inertie thermique à disposition avant d’utiliser toute énergie électrique et donc coûteuse.

Le Free-Chilling peut être mis en œuvre pour différentes applications soit en direct, soit en parallèle d’un autre système de refroidissement :

• Le pré-refroidissement des bureaux, commerces, établissements de santé, salles à atmosphère contrôlée, laboratoires, pharmacie, métrologie, ateliers de production, etc.,
• La déshumidification des piscines ;
• Le pré-refroidissement des Datacenters ;
• Le refroidissement de process.

Le Free-Chilling est encore peu utilisé alors qu’il nous permettrait de diminuer, voir éviter, dans bien des cas, des travaux de climatisation et les consommations d’énergie engendrées.

Refroidissement adiabatique/évaporatif

S’appuyant sur une ancienne technique dont l’origine remonte à l’Empire romain, le refroidissement adiabatique/évaporatif est un procédé́ de diminution de la température de l’air par évaporation de l’eau dans l’air.

Le principe du refroidissement adiabatique peut être utilisé pour réduire sensiblement la facture énergétique des Datacenters.

Parmi les applications possibles les plus intéressantes, on peut citer l’augmentation de l’efficacité́ d’un groupe d’eau glacée free cooling, obtenue en humidifiant l’air ambiant entrant dans l’échangeur free cooling et dans le condenseur.

L’air ambiant, est humidifié et refroidi, sans coût énergétique supplémentaire, en traversant des panneaux adiabatiques. L’air est ainsi délivré à plus basse température, ce qui permet d’atteindre une puissance frigorifique supérieure en free cooling.

Avec un groupe d’eau glacée fonctionnant à pleine charge, l’adoption de ce système permet d’obtenir des économies d’énergie annuelles très intéressantes.

Refroidissement liquide

Le refroidissement liquide par immersion est une nouvelle technologie qui commence juste à être commercialisée. Une grande banque française s’est lancée dans l’aventure.

Le refroidissement par immersion des Datacenters permet d’optimiser la conception thermique en immergeant directement le matériel informatique dans un liquide non-conducteur. La chaleur générée par les composants est transférée directement et efficacement au fluide. Ces améliorations augmentent l’efficacité énergétique et permettent des densités au mètre carré plus élevées.

Les avantages de ce système de refroidissement sont :

• La réduction de la consommation d’énergie ;
• La diminution du nombre de pièces mobiles (ventilateurs…) nécessitant un entretien et un remplacement ;
• L’augmentation de la capacité de dissipation thermique du fluide contribue à l’augmentation de la densité de la carte ;
• Une meilleure utilisation du processeur en maintenant les températures sous la limite thermique ;
• Une facilité d’entretien de l’équipement informatique dû à un environnement propre et sec ;
• La réduction du bruit des salles de serveurs ;
• La possibilité de simplifier le système de détection et d’extinction des incendies des Datacenters.

Ce système permettrait d’obtenir de réelles économies d’énergie, mais le coût de mise en œuvre semble très onéreux. Est-ce l’avenir du refroidissement de nos Datacenters ?

Nous constatons que les évolutions des systèmes de refroidissement de nos Datacenters continuent d’avancer toujours en essayant d’améliorer l’efficience. Mais quelle solution sera la plus exploitable d’un point de vue OPEX/CAPEX … ?

À chaque Datacenter, sa solution !

iDNA est là pour vous accompagner et vous conseiller !

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Aujourd’hui, les Datacenter ont besoin de débits de plus en plus élevés, d’une grande flexibilité et de pouvoir effectuer des migrations à moindre coût. À cause de la virtualisation, des applications mobiles, du « Big Data », des nouveaux modes de travail, de la convergence réseau et service, et du streaming vidéo et audio, les besoins en bande passante ne cessent de croître.

Pour le moment, l’introduction de plus en plus de matériels 10GBase-T et la perspective proche du 40GBase-T sont les moteurs essentiels de cette évolution. Tous ces développements ont des conséquences importantes sur la conception et le câblage des Datacenter.

Une des questions récurrentes est de savoir si le cuivre pourra répondre à l’exigence de bande passante imposée par les équipements actifs des Datacenter, ainsi qu’aux évolutions à venir. Il n’y a pas si longtemps, beaucoup de gens arguaient que seule la fibre optique pouvait supporter les hauts débits et pensaient que le câblage cuivre à paires torsadées avait atteint ses limites avec le 10 Gbits/s. Mais il existe une solution qui répond aux plus grandes exigences des Datacenter en matière de bande passante.

Les organismes de normalisation ANSI/TIA, ISO et CEI ont mené des études afin de répondre à ces évolutions sur des infrastructures cuivre.

Ainsi ils ont spécifié des éléments de câblage de catégorie 8 et rétrocompatibles avec les ports RJ45 des catégories 6A, 6 et 5e selon ANSI/TIA-568-C.2.

Les organismes de normalisation ISO et CEI spécifient deux variantes valides sur le plan mondial : Les catégories 8.1 et 8.2.

• Les éléments de la catégorie 8.1 selon ISO/CEI constituent un câblage de classe de liaison I. Ils sont rétrocompatibles avec les connecteurs RJ45 des éléments 6A, 6 et 5 des normes ISO/CEI 11801 et EN 50173.
• Les éléments de la catégorie 8.2 selon ISO/CEI constituent un câblage de la classe de connexion II. Le projet de la norme prévoit différents connecteurs, qui ne sont pas compatibles entre eux.

Les éléments de la catégorie 8.2 possèdent de plus importantes réserves que ceux de la catégorie 8.1 et sont rétrocompatibles avec les éléments des catégories 7A et 7 équipés du connecteur correspondant.

Les connecteurs de la catégorie 8.2 ne sont pas rétrocompatibles avec les ports RJ45 des câblages existants.

Le tableau suivant résume les rétrocompatibilités des différentes catégories:

Les trois catégories sont spécifiées jusqu‘à une fréquence maximale de 2 GHz.
TIA et ISO/CEI ont harmonisé les prescriptions et l‘ajout des éléments de la catégorie 8.2 à la norme TIA.

Nous comprenons plus qu’il faut utiliser dans nos Datacenter la catégorie 8.1 afin d’harmoniser les connecteurs RJ45 avec le reste des connecteurs RJ45 déjà installés avec les catégories Cat5 à Cat6A.

Contrairement au câblage cuivre des technologies antérieures 1 Gbits/s et 10 Gbits/s, la CAT8 n’aura pas une portée de 100 mètres. Cependant, pour la plupart des Datacenter, cette limitation ne pose pas de problèmes. L’organisme américain TIA a réalisé des études pour évaluer les besoins de câblage des Datacenter. Ces études montrent que la majorité des applications de Datacenter sont desservies sur un rayon de 30 mètres de bout en bout, étant donné que l’architecture structurée de câblage en Datacenter se fait aujourd’hui majoritairement en Top Of the Rack ou End Of the Rows.

Le groupe de travail IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a également examiné ces résultats et les a confirmés. Dans une étude, l’IEEE concluait qu’il serait intéressant d’un point de vue commercial, que les paires torsadées puissent prendre en charge de plus hauts débits sur des longueurs comprises entre 20 et 30 mètres.

Les recommandations de distance, qui sont reprises par les équipementiers:

En respectant le channel 8.1 comme suit :

Les équipementiers sont en général plus exigeants que les organismes normatifs TIA et ISO/IEC.

Pour les Datacenter, ce constat ouvre de nouvelles perspectives qui leur permettraient de pouvoir continuer à utiliser des liaisons sur paires torsadées, qui constituent des solutions de câblage souples et économiques.

Nous pourrons standardiser le câblage sur paires torsadées pour le 40 Gbits/s en répondant aux applications spécifiques.

Le tableau suivant récapitule les débits en fonction des fréquences/distance:

Pour atteindre une longueur de 50 m avec un débit de 10 Gbits/s, il serait possible de réaliser en cat. 8.1. Environ 60 % des liens en Datacenter sont des liens requis dans un environnement LAN.

La CAT 8.1 et 8.2 est compatible avec toutes les autres catégories:

Cela a pour avantage de faire évoluer le câblage de son Datacenter au fur et à mesure des budgets et des évolutions des infrastructures.

Le cuivre CAT8 est une excellente solution d’avenir pour les générations d’équipements actifs actuelles et futures, avec à l’horizon les 10 et 40 Gbits/s. Les limitations de distance inhérentes et les débits liés sont rarement un problème pour les applications en Datacenter pour les équipements qui ont les bons connecteurs.

Cependant, à ce jour les 25GBASE-T et 40GBASE-T n’ont jamais percé et c’est la fibre qui prend progressivement le pas dans les Datacenter. Peu de demandes ont été passées chez les équipementiers dans cette nouvelle technologie : la catégorie 8, qui peut être due aux constructeurs de matériels actifs, ne propose pas beaucoup d’équipements proposant des interfaces 40GBASE-T.

Certains équipementiers voient le déclin des infrastructures cuivre avec le déploiement de la fibre et du Wifi 6 dans le monde du tertiaire car ces derniers répondent à la demande avec grande flexibilité du débit allant du 1Gbit/s jusqu’à 40 Gbits/s ainsi que le coût. La catégorie 8 reste actuellement très chère par rapport à la fibre.

La catégorie 8 va-t-elle bousculer les infrastructures actuelles pour répondre aux applications 40Gbits/s ou la fibre va-t-elle continuer à se développer ?

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Lors de la construction d’un Datacenter, l’infrastructure est conçue en tenant compte de cet enjeu ; les architectes IT doivent pouvoir concevoir leurs solutions en se basant sur ce modèle de résilience.

D’un point de vue alimentation électrique, il est nécessaire de double alimenter les équipements IT pour se calquer sur le design des infrastructures Datacenter et garantir ainsi une continuité de service en cas de pannes.

Malheureusement, par contraintes techniques ou financières, les équipements mono-alimentés sont toujours présents dans les Datacenter.

Mais alors, comment sécuriser un service lorsqu’un équipement de ce type se trouve au sein de la chaine électrique ?

Pour certains équipements, il est possible de rajouter physiquement un second bloc d’alimentation électrique ou d’ajouter une alimentation extérieure permettant de sécuriser certains types d’équipements réseaux (système RPS Cisco).

Pour les autres cas, les STS  semblent être la seule solution. Lorsque je parle de STS, j’exclus les versions bas de gamme, qui, lors d’une défaillance électrique sur leur charge, laissent le défaut électrique se propager sur les sources électriques de la baie. Les protections en amont sont alors sollicitées, provoquant la coupure des alimentations de la baie et la perte de l’ensemble des équipements présents dans la baie.

Pour les versions de faible puissance, inférieures à 64A, de nouveaux modèles arrivent sur le marché ; plus performants, ils sont capables d’identifier un défaut électrique et de le gérer. Ces équipements sont plus coûteux, plus imposants et plus lourds à mettre en place. En cas de court-circuit en sortie de l’un des équipements alimentés, le STS inhibera la fonction de transfert de sources. Cette propriété empêche de transmettre le court-circuit sur l’autre voie et évite ainsi de perturber l’autre source. Les équipements double sources présents dans la baie resteront sous tension (pas de perte de file system, BDD, etc.)

Pour des besoins plus importants, des STS d’infrastructures capables de commuter jusqu’à 250A, peuvent être déployés pour sécuriser plusieurs baies. La protection est alors gérée par la sélectivité du disjoncteur se trouvant entre la charge mono-alimentée et le STS.

Même si des solutions existent, chaque déploiement d’une architecture IT en Datacenter doit se faire en tenant compte du niveau de redondance que l’on souhaite atteindre.

En tant qu’urbaniste, je privilégie la mise en œuvre d’une architecture basée sur la redondance matérielle et l’utilisation des mécanismes comme le clustering, la répartition de charge, la sécurisation des données, etc.

Il est aussi important d’adapter les procédures pour réduire les possibilités d’erreurs, et accélérer la reprise de l’activité dans le cas d’avarie sévère.

iDNA, forte de son expérience en datacenter, accompagne ses clients pour les aider à penser ce type d’intégration; n’hésitez pas à nous contacter pour en discuter.

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