Refroidissement liquide dans les centres de données : Boyaux et composants clés

Pourquoi le refroidissement liquide dans les centres de données est en pleine expansion

Pendant de nombreuses années, les centres de données ont principalement utilisé de l’air refroidi acheminé par des planchers surélevés et des conduits. À mesure que la densité de puissance augmentait, il est devenu plus difficile d’évacuer suffisamment de chaleur avec seulement de l’air. Et l’avènement des demandes liées à l’IA n’a fait qu’amplifier ces défis. C’est pourquoi de nombreuses installations utilisent désormais des configurations hybrides ou entièrement refroidies par liquide.

Selon la conception, le refroidissement liquide dans les centres de données peut utiliser :

• Des plaques froides à connexion directe aux puces, où le liquide de refroidissement circule à travers des plaques montées sur les unités centrales de traitement (CPUs) et graphiques (UGCs).
• Des systèmes à immersion, où les serveurs sont plongés dans un fluide diélectrique
• Des échangeurs de chaleur à porte arrière, qui évacuent la chaleur de l’air à l’arrière de chaque cabinet (rack)

Ces systèmes sont conçus par des fabricants d’équipements et des ingénieurs-conseils, mais ils ont tous un besoin commun : des boyaux et des raccords fiables qui permettent au liquide de refroidissement de circuler en toute sécurité dans le circuit.

Comprendre le refroidissement liquide des centres de données

Pour comprendre pourquoi de nombreux opérateurs adoptent le refroidissement liquide dans les centres de données, il convient d’examiner les principes physiques qui le sous-tendent et ses avantages pratiques pour les environnements à haute densité. Les liquides dissipent la chaleur différemment de l’air, ce qui modifie les possibilités offertes par les cabinets (racks) et les rangées de cabinets modernes.

Pourquoi les liquides évacuent la chaleur plus efficacement que l’air

La réponse réside dans les principes fondamentaux de la thermodynamique. Les liquides, en particulier l’eau et les liquides de refroidissement spécialisés, ont une conductivité thermique et une capacité thermique spécifique beaucoup plus élevées que celles de l’air. Cela signifie qu’ils peuvent absorber et transférer beaucoup plus de chaleur, même à des débits plus faibles.

Par exemple, un volume d’eau donné peut contenir des milliers de fois plus de chaleur que le même volume d’air. Cette efficacité permet aux centres de données de refroidir des équipements à haute densité avec des surfaces de transfert de chaleur plus petites, des besoins réduits en traitement de l’air et une consommation d’énergie globale potentiellement plus faible lorsque les systèmes sont correctement conçus.

Avantages pour les cabinets (racks) à haute densité

À mesure que la puissance de traitement augmente dans des espaces plus réduits, les stratégies de refroidissement des centres de données doivent s’adapter. Les systèmes de refroidissement liquide peuvent fournir un environnement thermique plus constant autour des composants critiques, réduisant ainsi le risque de points chauds et de ralentissement thermique. Cela aide les opérateurs à mieux utiliser les serveurs haute performance sans compromettre la stabilité.

En intégrant des cabinets (racks) de serveurs refroidis par liquide dans leur stratégie globale de refroidissement, les installations peuvent :

• Utiliser des configurations à plus haute densité
• Prolonger la durée de vie du matériel en réduisant le stress thermique
• Réduire la dépendance à l’égard d’infrastructures de traitement de l’air volumineuses et énergivores
• Améliorer l’indicateur d’efficacité énergétique (PUE) au fil du temps lorsque les systèmes sont optimisés dans leur ensemble

Types de systèmes de refroidissement liquide

Il existe différentes approches du refroidissement liquide, chacune présentant des avantages spécifiques en fonction de l’échelle de l’application, de la charge thermique et de la stratégie de déploiement. Dans la plupart des cas, ces systèmes sont sélectionnés et conçus par les fabricants et les ingénieurs-conseils. Les principales catégories utilisées dans les centres de données actuels sont les suivantes :

Refroidissement direct des puces (plaque froide)
Le refroidissement par plaque froide utilise des plaques métalliques fixées aux processeurs (CPU), aux unités centrales graphiques (UCG) et à d’autres composants à forte puissance. Le liquide de refroidissement circule à travers ces plaques, absorbant directement la chaleur des parties les plus chaudes du système. Cette approche est bien adaptée aux charges de travail à haute performance.

Refroidissement par immersion
Dans le refroidissement par immersion, les serveurs sont immergés dans un fluide de refroidissement diélectrique. Cette méthode élimine le besoin de ventilateurs de serveur et peut réduire considérablement la consommation d’énergie. Comme elle permet de dissiper la chaleur directement à partir de tous les composants, l’immersion est populaire dans les environnements d’IA, de chaînes de blocs, ainsi que dans d’autres environnements à forte intensité de calcul où les performances et la stabilité thermique sont essentielles.

Échangeurs de chaleur à porte arrière (RDHx)
Les échangeurs de chaleur à porte arrière s’intègrent dans les cabinets (racks) de serveurs standard. Lorsque l’air chaud sort des serveurs, il passe à travers un serpentin rempli de fluide qui absorbe et évacue la chaleur. Ces systèmes aident les installations à passer du refroidissement par air à des stratégies hybrides ou plus intensives en liquide.

Composants du système de refroidissement liquide

Une installation de refroidissement liquide efficace pour centre de données combine généralement plusieurs composants techniques qui fonctionnent ensemble comme un système :

• Les unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU) régulent le débit et la pression du liquide de refroidissement, surveillent les températures et sont souvent connectées aux systèmes de gestion des bâtiments.
• Les échangeurs de chaleur et les pompes transfèrent la chaleur du liquide de refroidissement vers une boucle secondaire ou l’environnement ambiant et maintiennent la circulation du fluide dans le système.
• Les cabinets (racks) de serveurs refroidis par liquide intègrent une plomberie, une gestion des câbles et des dispositifs de sécurité, tels que la détection des fuites ou des lignes de secours.
• Les fluides de refroidissement peuvent comprendre de l’eau traitée, des mélanges à base de glycol ou des fluides diélectriques spécialisés, chacun ayant des exigences différentes en matière de viscosité, de performances thermiques et de compatibilité.

Ces éléments sont sélectionnés et spécifiés par l’équipe de conception et d’ingénierie. Pour tous ces éléments, des assemblages de boyaux fiables et des raccords sécurisés sont essentiels pour acheminer le liquide de refroidissement en toute sécurité entre les composants et garantir une disponibilité à long terme.

Ce qu’il faut rechercher dans les boyaux pour le refroidissement liquide dans les centres de données

Lorsqu’une installation adopte le refroidissement liquide dans les centres de données, le choix des boyaux devient un facteur critique. Une fuite, une rupture ou un assemblage mal acheminé peut endommager le matériel, entraîner des temps d’arrêt et présenter des risques pour la sécurité. En collaboration avec vos partenaires d’ingénierie et d’intégration, il est important de choisir des assemblages de boyaux qui répondent aux exigences de l’application.

1. Caractéristiques nominales de pression et de température

Les boyaux doivent être adaptés à la pression et à la température de fonctionnement du circuit de refroidissement, avec une marge de sécurité appropriée. Dans certains cas, différents circuits au sein d’une même installation peuvent nécessiter des boyaux de fabrication différente, en fonction de leur mode et de leur lieu d’installation.

2. Compatibilité avec les fluides de refroidissement

Les liquides de refroidissement peuvent inclure de l’eau traitée, des mélanges à base de glycol ou des fluides diélectriques spécialisés. Les tubes intérieurs et les matériaux de revêtement des boyaux doivent être compatibles avec le fluide choisi afin d’éviter tout gonflement, dégradation ou contamination au fil du temps. Vérifier la compatibilité dès le départ permet de garantir une fiabilité à long terme.

3. Flexibilité et acheminement dans des espaces restreints

Les cabinets (racks), les allées de confinement et les salles d’équipement laissent souvent très peu d’espace pour les grands rayons de courbure. Les boyaux doivent être suffisamment flexibles pour être acheminés proprement sans se plier ni exercer de contrainte excessive sur les raccords. Un acheminement bien planifié facilite également la maintenance et les agrandissements futurs.

4. Prévention des fuites aux points de branchement

La plupart des problèmes liés au refroidissement liquide dans les centres de données se produisent au niveau des connexions, et non au niveau du corps du boyau. Un transport fiable du liquide de refroidissement dépend de boyaux durables et résistants aux fuites, ainsi que de raccords sécurisés à déconnexion rapide. Des assemblages de haute qualité contribuent à maintenir un débit stable, à simplifier l’entretien et à garantir un fonctionnement sûr dans les environnements de cabinets (racks) à densité élevée. Des solutions telles que les boyaux Gates Data Master™  associés à des raccords UQD peuvent offrir flexibilité, compatibilité chimique et entretien rapide pour les systèmes modernes de refroidissement par liquide des centres de données.

5. Essais, documentation et traçabilité

Pour les environnements critiques, il est important de savoir que les boyaux ont été testés sous pression et fabriqués selon des normes cohérentes. Travailler avec un distributeur de boyaux hydrauliques qui documente les essais et conserve les registres de fabrication peut vous aider à respecter vos propres plans de maintenance, programmes de qualité et exigences de conformité.

Ces considérations relatives aux boyaux permettent de garantir que les systèmes de refroidissement liquide conçus par votre équipe d’ingénieurs peuvent être installés, utilisés et entretenus en toute confiance sur le long terme.

Comment Équipements Marshall soutient le refroidissement liquide dans les centres de données

Équipements Marshall fournit des boyaux, des raccords et des assemblages sur mesure pour le refroidissement liquide dans les centres de données du centre et de l’est du Canada. Nous travaillons en collaboration avec des ingénieurs mécaniciens, des fabricants et des intégrateurs afin d’adapter la conception des boyaux et des raccords aux exigences de chaque projet en matière de pression, de température et d’acheminement.

Grâce à notre expérience dans le domaine des applications hydrauliques et industrielles, nous pouvons vous aider à :

• Identifier les options de boyaux compatibles avec les fluides de refroidissement que vous avez sélectionnés
• Spécifier les raccords rapides et les raccords adaptés
• Concevoir des assemblages qui favorisent un acheminement propre et une maintenance plus facile
• Fournir des assemblages testés et documentés pour les environnements critiques

Nous ne remplaçons pas le travail de votre société d’ingénierie ou de votre concepteur de systèmes. Notre objectif est de fournir des assemblages de boyaux fiables qui garantissent le fonctionnement sûr et efficace de votre infrastructure de refroidissement par liquide.