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Les Data Centers représentent un véritable fléau pour l'environnement. Alors que la production et la consommation de données sont en passe d'exploser à l'échelle mondiale, découvrez quelles sont les pistes à explorer pour réduire la consommation d'énergie et l'impact environnemental des centres de données…
Les technologies telles que l'internet des objets, le Cloud, les smartphones ou l'intelligence artificielle ont provoqué l'explosion du volume de données générées par l'humanité. Selon IDC, ce volume sera multiplié par 5 entre 2018 et 2025 pour atteindre un total de 175 Zo soit 175 milliards de téraoctets.
De toute évidence, nos besoins en Data Centers augmentent en proportion puisqu'il est nécessaire de stocker ces données. Alors que l'on ne comptait que 500 000 centres de données à l'échelle mondiale, il y en a désormais plus de 8 millions sur Terre selon IDC.
Or, ces Data Centers représentent en réalité un véritable fléau pour l'environnement. Ne serait-ce qu'aux États-Unis, on estime que les centres de données consommeront 73 milliards de kWh en 2020. 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.
Et cette consommation continue à doubler tous les 4 ans. D'ici 2030, les Data Centers du monde entier pourraient engloutir 10% de la production mondiale d'électricité contre déjà 3% à l'heure actuelle.
Aujourd'hui, les Data Centers représentent à eux seuls 17% de l'empreinte carbone de la technologie. Avec 2% des émissions totales de gaz à effet de serre, leur empreinte carbone est similaire à celle de l'aviation de l'industrie. Et d'ici 2040, le stockage de données pourrait représenter 14% des émissions soit autant que les États-Unis aujourd'hui.
Comme l'explique Peter Gross, du New York Times, qui a aidé à concevoir des centaines de centres, « un seul Data Center peut consommer plus d'énergie qu'une ville américaine de taille moyenne « . Une réalité dont peu ont conscience, même au sein de l'industrie.
Rappelons en effet que les centres de données regroupent de multiples ordinateurs entassés fonctionnant sans interruption et à pleine puissance. De fait, ces ordinateurs chauffent énormément. Il est nécessaire de mettre en place des systèmes de refroidissement pour éviter la surchauffe et s'assurer qu'ils continuent à fonctionner.
Or, c'est justement le refroidissement de ces nombreuses machines qui consomme de l'énergie et brûle des énergies fossiles. Le refroidissement des Data Centers représente environ 40% de l'énergie qu'ils consomment.
Selon les chercheurs de l'Université de Walsh, l'impact des centres de données sur l'environnement est aussi lié au fait que les systèmes de refroidissement reposent sur des produits chimiques dangereux et des batteries de backup nécessaires en cas de panne de courant. La collecte de ces composants de batterie dans les mines est néfaste pour la Terre, au même titre que l'abandon des batteries toxiques après usage. Les Data Centers sont donc bel et bien un poison pour l'environnement.
À ce jour, pourtant, seule la moitié de la population mondiale est connectée à internet et contribue donc à cette génération massive de données. À mesure qu'internet se répand sur la planète, les besoins en Data Centers vont continuer à croître de manière effrénée. L'arrivée de la 5G et l'essor des cryptomonnaies ne sont que davantage de facteurs venant amplifier le problème.
En résumé, les progrès technologiques réalisés par l'humanité vont actuellement à l'encontre des intérêts de l'environnement. Notre technologie accélère progressivement la destruction de notre planète et l'épuisement de ses ressources. Il est donc urgent et nécessaire de trouver des solutions pour réduire l'impact environnemental des Data Centers…
Les solutions pour réduire l'impact environnemental des Data Centers
La plupart des géants de la tech cherchent désormais à mettre au point des Data Centers plus écologiques, plus respectueux de l'environnement. Plusieurs pistes sont explorées, et notamment dans le domaine des systèmes de refroidissement.
Des systèmes de refroidissement plus écologiques
Pour empêcher la surchauffe des serveurs d'un Data Center, la solution la plus simple consiste à utiliser un système de refroidissement. Cependant, une alternative plus écologique consiste à construire ces centres de données dans des pays où le climat est naturellement froid.
En 2009, Google a fait le choix d'ouvrir un centre à Hamina, en Finlande. En mai 2019, le géant américain a annoncé un investissement supplémentaire de 600 millions de dollars dans ce projet écologique. Au sein de ce centre, les serveurs refroidis à l'aide d'eau de mer glaciale en guise de solution naturelle. L'eau de pluie est également exploitée à cet effet. Microsoft, de son côté, a installé un Data Center sous la mer.
Malheureusement, les Data Centers doivent être situés le plus près possible des utilisateurs pour des performances maximales. Par ailleurs, de plus en plus de pays exigent que les données de leurs citoyens soient stockées sur des serveurs situés sur le territoire. C'est par exemple le cas en Europe avec le RGPD. Il n'est donc pas envisageable de construire des centres uniquement dans les pays les plus froids du monde.
Néanmoins, depuis 2014, Google est parvenu à réduire l'énergie consommée par ses Data Centers à hauteur de 50% par rapport à la moyenne de l'industrie. Pour parvenir à cette prouesse, la firme utilise des solutions de refroidissement par évaporation hautement efficaces ainsi que des contrôles de la température et de l'éclairage intelligents et des serveurs customisés pour utiliser le moins d'énergie possible.
De son côté, l'opérateur de Data Centers norvégien DigiPlex a promis d'utiliser le gâchis de chaleur de son centre situé à Ulven, Oslo, pour chauffer 5000 appartements. En France, des initiatives similaires sont lancées par les bailleurs sociaux Paris Habitat et Gironde Habitat qui ont noué des partenariats avec des Data Centers pour chauffer des HLM grâce à la chaleur qu'ils produisent.
Une autre solution consiste à laisser moins de serveurs actifs en simultané. En 2014, Facebook a inventé un système intitulé Autoscale permettant de réduire le nombre de serveurs allumés pendant les heures creuses durant lesquelles le trafic est moindre. Ce système permet d'économiser 10 à 15% d'énergie.
Prenant le problème à l'envers, certains cherchent à permettre aux serveurs de continuer à fonctionner à plus haute température. De fait, les besoins en refroidissement s'en trouvent fortement réduits au même titre que la consommation d'énergie.
Les Green Data Centers alimentés à l'énergie renouvelable
Outre les systèmes de refroidissement moins énergivores, plusieurs entreprises cherchent à utiliser des énergies renouvelables telles que le vent, l'eau et le soleil pour alimenter les centres de données. Les technologies sont également mises à jour ou optimisées pour améliorer l'efficacité des centres et la gestion des températures.
Apple, par exemple, possède la plus grande installation solaire privée et a presque réussi à atteindre 100% d'alimentation à l'énergie renouvelable pour ses Data Centers. De même, le centre de Facebook dans l'Iowa repose sur l'énergie éolienne.
De leur côté, Amazon Web Services et Microsoft ont dépassé les 50% d'énergie renouvelable pour leurs infrastructures respectives en 2018. Tous deux promettent d'atteindre l'objectif de 100% le plus rapidement possible.
L'IA et la robotique pour automatiser les Data Centers
Une autre piste envisagée est celle de l'intelligence artificielle. En analysant la production de données, l'humidité, la température et d'autres statistiques importantes, l'IA peut trouver des solutions pour accroître l'efficacité énergétique, réduire la consommation d'énergie et diminuer les coûts. Google utilise des réseaux de neurones pour adapter le fonctionnement de ses serveurs en temps réel, et ces systèmes apprennent au fil du temps pour encore plus d'efficacité.
Depuis plusieurs années, des chercheurs et des entreprises se tournent aussi vers la robotique pour automatiser les opérations des Data Centers. En 2013, IBM avait déjà adapter le robot aspirateur iRobot Roomba à l'aide de capteurs de température et d'humidité pour surveiller la température de ses Data Centers.
Scott Noteboom est à l'origine du modèle de data center ultra efficace Compute Coop de Yahoo, et a récemment rejoint l'entreprise Submer spécialisée dans l'immersion en tant que CTO. Aux yeux de cet expert, les centres de données du futur seront entièrement automatisés par l'IA et la robotique. Il a d'ailleurs développé des agents IA capables de surveiller le son des générateurs et d'entendre n'importe quelle anomalie.
De son côté, EdgeConneX a créé des Data Centers régionnaux capables d'opérer de manière autonome grâce à des fonctionnalités de monitoring à distance, des capteurs et un système » edge operating » suivant les opérations. Les techniciens humains ne sont ainsi déployés qu'en cas de besoin.
https://www.youtube.com/watch?v=wkC2GLoD0xE
En novembre 2019, la startup TMGcore a présenté un système robotique intitulé OTTO capable de remplacer les serveurs abrités dans une cuve de refroidissement immergée. Ce système présenté lors de la conférence SC19 de Denver, pourrait offrir de nouvelles possibilités en permettant l'avènement de Data Centers entièrement automatisés. De tels centres présenteraient l'avantage d'être plus efficaces, de détecter et de régler les problèmes immédiatement, et de remédier au problème de la pénurie d'experts humains capables de gérer ces complexes.
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-Data Centers modulaires.
Les robots, créés en collaboration avec Olympus Controls, 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.
Cette solution novatrice vient d'être présentée, mais pourrait prochainement bouleverser l'industrie des Data Centers. Cette innovation devrait d'abord apparaître dans les centres hyperscale entièrement conçus et optimisés pour une gestion robotisée.
Grâce à la robotique, on peut s'attendre à ce que le volume de techniciens capables de gérer les serveurs d'un centre soit largement réduit. De plus, l'absence d'employés humains peut permettre à un complexe d'opérer à un plus haut niveau de température et d'humidité. Les besoins en refroidissement peuvent donc être largement diminués, ce qui permettra une réduction de la consommation énergétique.
De nouveaux designs plus écologiques
Il serait aussi possible de rendre l'utilisation d'énergie des Data Centers plus efficace. Selon une étude menée par Control Up, 77% des serveurs sont suréquipés en hardware et ceci augmente inutilement leur consommation. Une solution pour remédier à ce problème est la mise en commun des ressources de calcul entre les serveurs.
De même, les designs de systèmes » désagrégés » proposant une infrastructure modulaire permettent des mises à jour partielles limitées à certains composants seulement. Ainsi, le hardware qui ne requiert pas d'être remplacé peut être préservé. Intel mise particulièrement sur les systèmes désagrégés avec sa dernière génération de CPUs.
Selon Ian Whitfield, CEO de Red Engineering, la solution pourrait être de concevoir des Data Centers moins voraces en énergie. Les dernières technologies de construction doivent être utilisées, et la chaîne logistique dans son ensemble doit être influencée pour le sourçage des matériaux nécessaires.
De cette façon, les bâtiments pourront être exploités, maintenus, réparés et rénovés de façon plus écologique. La tendance à la construction de Data Centers hyperscale doit donc être perçue comme une opportunité. Selon le Lawrence Berkeley National Laboratory, si 80% des serveurs américains étaient transférés dans des complexes hyperscale optimisés, leur consommation d'énergie pourrait être réduite à hauteur de 25%.
Les entreprises qui n'ont pas les moyens pour ouvrir un Data Center hyperscale peuvent se tourner vers de nouvelles catégories de systèmes émergeant sur le marché depuis les dernières années. De nouvelles technologies de serveurs et architectures de Data Center visent à maximiser les ressources et l'efficacité tout en minimisant les besoins en énergie. Ces solutions permettent de repenser le design et les standards des centres de données afin de les rendre moins néfastes pour l'environnement.
En conclusion, il est urgent d'atténuer l'impact des Data Centers sur l'environnement dans notre monde en proie au réchauffement climatique. Il est évident que le volume de données générées par l'humanité va continuer à augmenter au fil des années à venir, et nous ne pouvons pas nous passer de centres de données. Fort heureusement, il existe de nombreuses alternatives pour des Data Centers plus respectueux de l'environnement et l'adoption de ces solutions doit impérativement se poursuivre…
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Action complémentaire possible : Devenir Data Responsable !
1- Moins de données inutiles multi-stockées en silos mais plus de données utiles, centralisées et partagées !
2- Moins de traitements pour donner de la valeur à des données pauvres mais plus de données riches !
3- Moins d’utilisation inutile des données mais plus d’utilisations ciblées !
Des solutions existent favorisées notamment par le RGPD !
Article très intéressant et très bien documenté sur le sujet de la consommation des data centers.
Un aspect du problème est cependant laissé de coté avec le refroidissement direct a eau chaude et la réutilisation de cette eau chaude pour recréer de l’eau froide par des refroidisseurs par adsorption. Cette eau froide est ensuite réutilsée pour le refroidissement des autres équipements du data center. Ceci est mis en oeuvre dans le data center LRZ pres de Munich équipés de 6000 serveurs installé en 2018 et en production depuis 2019 (https://www.hpcwire.com/2018/02/22/lenovo-unveils-warm-water-cooled-thinksystem-sd650-rampup-lrz-install/). Cette nouvelle approche ainsi que sa viabilité économique est bien traitée dans cet ouvrage (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119422037).