IDTechEx explique pourquoi les centres de données adoptent des plaques froides pour le refroidissement liquide plutôt que par immersion.

Par Yulin Wang, analyste technologique chez IDTechEx.

La densité de puissance croissante des racks de centres de données, stimulée par des technologies telles que le cloud computing, l’IA générative et l’extraction de cryptomonnaies, a conduit à l’exploration du refroidissement liquide en tant que solution de gestion thermique. Même avec le confinement, les méthodes traditionnelles de refroidissement par air ont du mal à répondre aux demandes de refroidissement des serveurs densément emballés. En raison de l’utilisation accrue des racks haute densité, le dernier rapport de recherche d’IDTechEx prévoit un TCAC de 16% dans le refroidissement des plaques froides jusqu’en 2023, ainsi qu’une forte croissance pour d’autres alternatives de refroidissement liquide.

Il existe trois approches principales pour intégrer le refroidissement liquide dans les centres de données :

1. Conception de centres de données exclusivement pour le refroidissement liquide : Cela implique la création de centres de données plus petits et plus efficaces avec des capacités de calcul élevées en utilisant le refroidissement par immersion. Cependant, en raison des coûts élevés impliqués, IDTechEx estime que le refroidissement par immersion va se développer mais, à court terme, sera probablement mis en œuvre à plus petite échelle, comme des projets pilotes par de grandes entreprises.
2. Conception de centres de données avec une infrastructure de refroidissement par air et de refroidissement liquide : Cela permet une transition future vers le refroidissement liquide tout en utilisant initialement le refroidissement par air. Cependant, la conception de centres de données avec des fonctionnalités redondantes (par exemple, collecteurs de refroidissement liquide, tuyaux, etc.) à partir de zéro n’est pas toujours une option préférée pour les utilisateurs finaux avec des budgets limités.
3. Intégration du refroidissement liquide dans les installations existantes refroidies par air : Il s’agit de l’approche la plus courante et on s’attend à ce qu’elle soit la solution privilégiée à court et à moyen terme. Il s’agit de transférer une partie de la capacité des systèmes d’air vers des systèmes de refroidissement liquide. Il y a plusieurs raisons à sa popularité:

a.            Rentabilité : L’utilisation de l’infrastructure existante réduit les complexités et les coûts initiaux par rapport aux deux autres options.

b.            Demande limitée pour l’intégration complète du refroidissement liquide : Malgré l’augmentation de la densité des centres de données, IDTechEx estime que la transition vers le refroidissement entièrement liquide se fera progressivement, en commençant par un petit nombre de racks dans le centre de données, puis en s’étendant progressivement à tous les racks.

c.            Évaluation des performances : Le refroidissement direct sur puce en est encore à ses débuts par rapport au refroidissement par air. Par conséquent, de nombreux fournisseurs de serveurs de centres de données et utilisateurs finaux préfèrent évaluer ses performances à plus petite échelle avant un déploiement de masse.

Poussé par la demande de modernisation des centres de données refroidis par air existants, le refroidissement par plaque froide, également connu sous le nom de refroidissement direct sur puce, est la solution de refroidissement liquide dominante dans l’industrie des centres de données. Traditionnellement, les plaques froides sont montées directement sur les sources de chaleur (par exemple, les chipsets, les processeurs, etc.) avec une couche de matériau d’interface thermique (TIM) entre les deux pour améliorer le transfert de chaleur. À l’intérieur de la plaque froide, le liquide s’écoule à travers la microstructure et vers une forme d’échangeur de chaleur. Le diagramme ci-dessous présente les conceptions de plaques froides typiques pour les applications de centre de données.

Les matériaux d’interface thermique peuvent être trouvés dans divers composants du centre de données, y compris les chipsets, les processeurs et les alimentations. IDTechEx estime que l’adoption croissante des plaques froides entraînera également l’augmentation de la demande du marché de TIM dans les centres de données, en particulier ceux utilisés pour les processeurs et les chipsets. Le rapport « Matériaux d’interface thermique : technologies, marchés et prévisions 2023-2033 » d’IDTechEx donne un aperçu des TIM pour diverses industries émergentes telles que les centres de données, les batteries de véhicules électriques, la 5G, les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) et l’électronique grand public.

L’approche innovante d’Intel dans sa nouvelle conception consiste à intégrer des plaques froides directement dans le boîtier, à éliminer l’utilisation de TIM2 (Thermal Interface Material 2) et à réduire la résistance thermique ou l’impédance en vrac. Cette intégration offre des avantages en termes de gestion thermique. Cependant, il introduit également une plus grande complexité de conception en raison de l’intégration au niveau micro de la plaque froide dans l’emballage.

Le refroidissement par plaque froide pour les centres de données offre une solution flexible et déployable pour le refroidissement liquide. Le facteur de différenciation unique réside dans la microstructure interne des plaques froides. Contrairement au refroidissement par immersion, le refroidissement par plaque froide permet aux intégrateurs de centres de données et aux fournisseurs de serveurs d’intégrer partiellement le refroidissement liquide dans leurs installations à un coût initial relativement faible, avec la possibilité de passer progressivement à un centre de données entièrement refroidi par liquide au fil du temps. IDTechEx prévoit un démarrage en douceur de l’adoption des plaques froides, suivi d’une augmentation rapide à mesure que de plus en plus d’utilisateurs finaux adoptent la technologie.

Le chiffre d’affaires annuel du refroidissement des plaques froides devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 16% au cours des 10 prochaines années, et l’augmentation rapide du matériel de plaque froide entraîne également l’augmentation des marchés des composants tels que les pompes et les unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU). Le dernier rapport d’IDTechEx, « Gestion thermique des centres de données 2023-2033 », fournit un aperçu complet de l’industrie du refroidissement des centres de données, en tenant compte de la technologie utilisée, des acteurs du marché et des opportunités pour les composants et les matériaux.

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