Les datacenters consomment de l'énergie, c’est un fait. Selon l'Agence internationale de l'énergie, les centres de données utilisent environ 200 TWh d'électricité, soit près de 1 % de la demande mondiale d'électricité, et contribuent à 0,3 % de l'ensemble des émissions mondiales de CO2. La demande croissante en données ne devrait pas s’arrêter de sitôt, induisant ainsi une augmentation de la consommation d’électricité. Les sociétés IT regardent donc des moyens pour contrôler cette dérive.

Dans ce cadre, Microsoft travaille sur le sujet depuis quelque temps et a démontré qu'il était possible de réduire considérablement les coûts de refroidissement en immergeant des racks de serveurs dans des fluides spécialement conçus à cet effet. Le projet, baptisé Natick, détermine la faisabilité de centres de données sous les mers « alimentés par des énergies renouvelables offshore » comme le décrit la firme de Redmond sur son blog.

Une solution sans émission de CO2

La semaine dernière, Microsoft a fait un grand pas dans la technologie des piles à combustible à hydrogène pour remplacer le diesel dans les générateurs de secours pour les datacenters. « Ce à quoi nous venons d'assister est, pour l'industrie des datacenters, un moment similaire à celui de l'atterrissage sur la lune », a déclaré Sean James, directeur de la recherche sur les datacenters chez Microsoft. « Nous avons un générateur qui ne produit aucune émission. C'est époustouflant ».

Concrètement, le système de piles à hydrogène se compose de deux conteneurs d'expédition de 40 pieds de long (12,19 m), chacun contenant 18 piles à combustible PEM (Proton Exchange Membrane). Au-dessus de chaque conteneur se trouve un ensemble de ventilateurs de radiateur. L'installation peut générer jusqu'à 3 mégawatts d'électricité, ce qui est suffisant pour remplacer un générateur diesel, alimenter environ 10 000 serveurs ou encore 600 foyers.

Le système de piles à hydrogène se compose de deux conteneurs d'expédition de 12,19 m, chacun contenant 18 piles à combustible de type PEM. (Crédit : John Brecher / Microsoft)

Un prototype réussi

Microsoft précise avoir commencé à travailler sur la technologie des piles à combustible en 2013 avec le National Fuel Cell Research Center de l'Université de Californie, à Irvine, où elle a testé l'idée d'alimenter des racks de serveurs avec des piles à combustible à oxyde solide, ou des SOFC, qui sont alimentées par du gaz naturel. Cette technologie est prometteuse pour l'alimentation de base, bien que son coût soit actuellement prohibitif. En 2018, la firme s'est tournée vers les piles à combustible PEM comme alternative au diesel. Cette technologie est couramment utilisée dans l'industrie automobile car, comme les moteurs diesel, elles s'allument et s'éteignent rapidement et peuvent être élastiques dans les pics de charge.

Cette capacité de réaction rapide et de suivi de la charge est bien adaptée à l'alimentation de secours des datacenters, a noté Mark Monroe, ingénieur principal en infrastructure au sein de l'équipe de Microsoft chargée du développement avancé des centres de données. Au fur et à mesure des tests effectués, Microsoft est ainsi passée progressivement de l’alimentation d’un rack d'ordinateurs avec un générateur de piles à combustible PEM de 65 kW à un système capable d'alimenter 10 racks - une rangée - de serveurs de datacenters pendant 48 heures consécutives avec un système de pile à combustible à hydrogène de 250 kW. L’entreprise est aujourd’hui montée d’un cran dans ses recherches en prouvant la viabilité d'un système de 3 MW.

Chaque pile à combustible PEM de 125 kW s'insère dans un rack dans les conteneurs. A pleine puissance, le système délivre 3 MW d'électricité au datacenter ainsi que suffisamment d'électricité pour alimenter les radiateurs et d'autres systèmes. (Crédit : John Brecher / Microsoft)

Trouver l’équilibre entre disponibilité et durabilité

Avec la volonté d’offrir une disponibilité 24/24 et 7/7, les entreprises veulent répondre à une demande en besoins numériques qui explose. Pourtant, les datacenters sont des entrepôts capricieux. Ces derniers comprennent une climatisation qui maintient les serveurs à des températures oscillant entre 22 et 24 degrés, ainsi que des batteries et des onduleurs (UPS) qui assurent une alimentation électrique constante, même en cas de panne du réseau électrique. Testé et implanté sur le site de test de Latham à New York, le système à piles à hydrogène doit être répliqué sur un autre datacenter de test (dont la localisation n'est pas encore connue), puis sera déployé après sur un site de production.