Le secteur des centres de données a résolu le problème du refroidissement. Mais le plus dur reste à faire.

   Anu Kätkä of Vaisala affirme que le refroidissement direct sur puce est désormais l’architecture de référence pour les nouvelles installations optimisées pour l’IA, donc une question importante est désormais : « À quoi ressemblent des mesures fiables et précises dans ce nouveau scénario ? »

Article de contribution | Vaisala | Par Anu Kätkä, responsable des centres de données et des environnements critiques, mesures industrielles

 

Le secteur des centres de données a tranché en faveur du refroidissement par liquide. Les installations traitant des charges de travail d’IA à haute densité ont ouvert la voie. Les principaux fabricants de matériel ont conçu leurs derniers processeurs d’IA en tenant compte de cette technologie. Le refroidissement direct sur puce, qui consiste à faire circuler un liquide à travers des plaques de refroidissement directement sur les processeurs, est désormais l’architecture de référence pour toute nouvelle installation optimisée pour l’IA. La question n’est plus de savoir si le refroidissement par liquide va s’imposer comme la norme. C’est déjà le cas. La vraie question est désormais : « À quoi ressemblent des mesures précises et fiables dans ce nouveau contexte ? »
Le refroidissement par liquide n’est pas une idée nouvelle. IBM a été le pionnier des ordinateurs centraux refroidis à l’eau dans les années 1960, et cette technologie est depuis lors devenue la norme dans les superordinateurs et les clusters de calcul haute performance. Pour le secteur des centres de données traditionnels, cependant, cela restait un sujet de préoccupation marginal. Intéressant en principe, inutile en pratique. L’air fonctionnait assez bien, et les avantages économiques d’un changement ne justifiaient pas la complexité que cela impliquait.
Ce calcul a très vite changé. Le déclencheur ? L’intelligence artificielle. À mesure que l’IA est passée du stade de la recherche à celui d’un déploiement commercial à grande échelle, elle a donné lieu à des charges de travail générant de la chaleur à un niveau que le refroidissement par air ne peut plus gérer. Une baie de serveurs conventionnelle consomme entre 5 et 10 kilowatts. Une baie d’IA aujourd’hui peut en consommer dix à vingt, voire trente fois plus. À de telles densités, les lois physiques du refroidissement par air atteignent tout simplement leurs limites : la capacité thermique de l’air est relativement faible, et faire circuler suffisamment d’air pour évacuer la chaleur nécessiterait une énergie de ventilation si importante que cela deviendrait économiquement absurde ; et même dans ce cas, les parties les plus chaudes de la puce ne seraient pas refroidies à temps. Le liquide, dont la capacité thermique est environ 3 500 fois supérieure à celle de l’air par volume, constitue la seule voie viable pour l’avenir.
Le refroidissement par liquide résout le problème thermique. Mais assurer le fonctionnement fiable de ces systèmes dans la durée reste un défi que le secteur s’efforce encore de relever. C’est au niveau de l’infrastructure de mesure, qui rend ce fonctionnement possible, que l’essentiel du travail reste à accomplir.

La trajectoire thermique ne va que dans un seul sens
Pour comprendre la direction prise par le défi lié à la mesure, il est utile de comprendre la vitesse à laquelle le matériel sous-jacent évolue.
Selon le rapport 2025 de l’AFCOM sur l’état des centres de données, la densité moyenne des baies est déjà passée de 7 kW en 2021 à 16 kW aujourd’hui, et 79 % des répondants du secteur s’attendent à ce que cette hausse se poursuive. À la pointe de la technologie, la plateforme Kyber 2027 de NVIDIA devrait atteindre une puissance de 600 kW ; le PDG de NVIDIA, Jensen Huang, a d’ailleurs indiqué que les futures baies pourraient à terme nécessiter un mégawatt entier. Une seule baie consommerait alors autant d’énergie qu’un petit centre de données tout entier il y a dix ans.
L’écart entre les déploiements moyens et ceux à la pointe de la technologie se creuse à chaque nouvelle génération de matériel d’IA, et ce sont les déploiements de pointe qui définissent les exigences en matière d’infrastructure auxquelles tous les autres devront finalement se conformer.
Le refroidissement par air atteint sa limite pratique à environ 20 à 30 kW par baie. À des densités plus élevées, la consommation énergétique des ventilateurs rend à elle seule le refroidissement par air économiquement non viable. Le liquide, grâce à sa conductivité thermique nettement supérieure, n’est pas un choix préférentiel à ces densités, mais une nécessité physique.

D’un domaine à deux
L’exploitation d’une installation à refroidissement par liquide ne se résume pas à une simple extension de celle d’une installation à refroidissement par air. Il s’agit d’un environnement opérationnel fondamentalement différent, qui exige de nouvelles compétences en génie électrique, structurel et mécanique, en dynamique des fluides et en chimie, ainsi qu’en instrumentation. Et dans tous ces domaines, la mesure est l’élément qui permet de contrôler les autres.
Dans une installation traditionnelle refroidie par air, la gestion des environnements contrôlés est parfaitement maîtrisée. Température, humidité relative, pression différentielle. Ces paramètres, qui s’appuient sur des décennies de pratique dans le secteur, sont normalisés dans des directives telles que celles publiées par l’ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) et sont mis en œuvre grâce à une technologie de capteurs éprouvée. Les opérateurs savent ce qu’ils mesurent et pourquoi, comment ces données alimentent les systèmes de contrôle, et ce que signifient les chiffres.
Le refroidissement par liquide étend considérablement ce domaine. Les conduites d’eau froide ont toujours fait partie de l’infrastructure des centres de données, acheminant de l’eau réfrigérée vers les centrales de traitement d’air et les unités murales à ventilateur. Mais l’ampleur et l’importance de la mesure des liquides augmentent considérablement lorsque le refroidissement est amené jusqu’aux puces via des unités de distribution du liquide de refroidissement (CDU) et des plaques de refroidissement. Les paramètres qui nécessitent désormais une instrumentation dédiée incluent la température, la pression, le débit et le niveau du liquide, ainsi que la détection de fuite et les indicateurs d’état du liquide de refroidissement tels que le pH, la turbidité, la conductivité et l’indice de réfraction. Chacun présente ses propres risques de défaillance et exige une surveillance attentive. L’objetif : garantir le bon fonctionnement de la boucle de refroidissement et maintenir la qualité requise du liquide, à proximité d’équipements pouvant valoir des dizaines de millions d’euros par mètre carré.
Le refroidissement par liquide prend le relais lorsque le refroidissement par air atteint ses limites, mais la gestion du flux d’air reste essentielle pour tout le reste. Le refroidissement direct sur la puce évacue la chaleur des composants les plus chauds, mais la chaleur résiduelle des autres composants est dissipée par l’air. À mesure que le matériel protégé devient plus coûteux au mètre carré, le coût de toute défaillance, qu’il s’agisse d’une surchauffe, de condensation, d’une fuite de liquide ou d’un flux d’air inadéquat, augmente en conséquence. Les enjeux liés à chaque baie sont de plus en plus importants, tout comme l’importance de s’assurer à tout moment que les environnements contrôlés correspondent exactement aux spécifications requises.
Dans les environnements refroidis par liquide, les exigences de fiabilité et de disponibilité en matière de mesure sont encore plus critiques qu’auparavant.

Mesures dans un environnement refroidi par liquide
Outre les paramètres liés au liquide, les conditions ambiantes dans la salle de données et dans les parties critiques du système de refroidissement doivent faire l’objet d’une gestion active. Le risque se concentre sur le point de rosée. L’efficacité du refroidissement par liquide repose sur l’acheminement d’un liquide froid vers les plaques de refroidissement, mais la présence de tuyauteries plus froides dans un espace climatisé entraîne un risque de condensation. Lorsque la température de surface des tuyaux devient inférieure au point de rosée ambiant, de l’eau se forme. Ce phénomène ne constitue pas un simple désagrément en termes de maintenance, mais bien un risque de défaillance dont les conséquences dépassent largement tout budget de maintenance.
En pratique, la température d’alimentation du liquide de refroidissement est maintenue au moins 2 °C au-dessus du point de rosée ambiant mesuré. L’unité de distribution du liquide de refroidissement (CDU) est chargée de maintenir cette marge, mais elle ne peut le faire que si elle connaît en permanence la valeur réelle du point de rosée.
Le défi de mesure de tous ces paramètres n’a rien d’inédit. Il repose sur des principes physiques bien établis en matière de capteurs. Mais pour l’appliquer correctement suppose de savoir où mesurer, à quelle fréquence et comment les données des capteurs alimentent les décisions de contrôle. Cela exige une bonne connaissance à la fois de la technologie et de son environnement d’utilisation.

Des mesures dynamiques pour des installations dynamiques
Les charges de travail d’IA sont fondamentalement différentes des charges de travail traditionnelles des centres de données. Les tâches d’entraînement de l’IA sont intensives et intermittentes. Un cluster passe de l’état d’inactivité à une charge de calcul maximale en quelques minutes, ce qui entraîne un changement brusque de la charge thermique auquel le système de refroidissement doit s’adapter en temps réel. La CDU qui gère ce cluster doit piloter la boucle de refroidissement de manière instantanée et continue, sans délai de plusieurs minutes. Elle veille à maintenir les températures d’alimentation et de retour dans les limites, la pression et les débits conformes aux spécifications, et le point de rosée ambiant près des collecteurs froids reste dans la tolérance, à mesure que le système monte en température.
Un contrôle dynamique possible grâce à des mesures fiables. En l’absence de données précises en temps réel sur les paramètres critiques de l’ensemble de l’installation, les systèmes de contrôle fonctionnent sur la base d’informations décalées ou inexactes. Et les conséquences s’enchaînent : un refroidissement inefficace gaspille de l’énergie, un refroidissement inadéquat met le matériel en danger, et une correction excessive entraîne un gaspillage des deux.
Chaque point de pourcentage de gain d’efficacité dans une installation consommant plusieurs centaines de kilowatts par baie se répercute directement sur les coûts d’exploitation et l’empreinte carbone. C’est ce lien entre la qualité des mesures et les résultats opérationnels qui fait du choix d’un équipement de mesure un enjeu commercial, et pas seulement technique.

Les exigences de la prochaine génération
Désormais, tout ce qui pose déjà problème ne fera que s’accentuer. La densité des baies continuera d’augmenter. Chaque étape de cette évolution s’accompagne d’exigences en matière de mesure qui ne bénéficient pas encore de plusieurs décennies de pratique dans le secteur.
Des mesures fiables constituent le fondement sur lequel tout le reste repose. Elles permettent de contrôler les systèmes de refroidissement avec précision plutôt que de manière prudente, et d’atteindre les objectifs d’efficacité énergétique plutôt que de se contenter de les viser. Elles assurent aux opérateurs que l’infrastructure de refroidissement et le matériel informatique qu’elle protège fonctionnent dans les limites de sécurité. De plus, elles permettent de détecter à un stade précoce les problèmes qui peuvent être résolus, par opposition à ceux qui s’avèrent coûteux.
Sans mesures fiables, un centre de données refroidi par liquide fonctionne sur la base d’hypothèses. Et à de telles densités de baie, les hypothèses coûtent cher. Le secteur continue de se forger une idée précise de ce à quoi ressemble une mesure rigoureuse dans ce contexte. C’est de cette compréhension que naît le travail de fond de la prochaine phase.

Sources
AFCOM, Rapport sur l’état des centres de données 2025
ASHRAE TC 9.9, Thermal Guidelines for Data Processing Environments (Lignes directrices thermiques pour les environnements de traitement des données) ; recommandations du comité technique sur le refroidissement liquide

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