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Le défi de refroidir les serveurs informatiques

On voit un processeur et des circuits informatiques.
Un processeur Photo: Radio-Canada
André Bernard

Des ingénieurs de l'Université de Sherbrooke étudient de nouvelles approches par immersion pour refroidir les composantes électroniques qui génèrent la majeure partie de la chaleur dans les centres de données.

Réaliser des transactions en ligne, consulter une vidéo, lancer des calculs scientifiques, cela réclame de l’énergie. Pour réaliser toutes ces opérations, les serveurs qu’on entasse dans des salles consomment une quantité massive d’énergie qui se transforme en chaleur. Cette chaleur, produite par des milliers de processeurs, doit être dissipée au plus vite si on veut éviter une surchauffe des systèmes ou leur ralentissement.

Réduire les coûts de refroidissement est un enjeu pour ceux qui gèrent les centres de données ou les fermes de serveurs.

« Un microprocesseur de haute performance peut consommer 150 watts, qui vont être dissipés principalement en chaleur », explique Julien Sylvestre, professeur et chercheur en génie mécanique à l'Université de Sherbrooke.

La plupart du temps, on se sert de l’air pour refroidir les serveurs; des séries de ventilateurs évacuent l’air chaud et font entrer l’air frais dans les bâtiments.

La méthode est efficace, sécuritaire et bien maîtrisée, mais quand il est question d’extraire de la chaleur, l’air est moins efficace qu’un liquide. (Vous serez plus vite soulagé d’une brûlure légère au doigt en le trempant dans l’eau froide qu’en l’exposant à l’air froid!)

On voit M. Sylvestre qui parle à la caméra.Julien Sylvestre, professeur en génie mécanique à l'Université de Sherbrooke Photo : Radio-Canada

Julien Sylvestre vient d’entamer des travaux de recherche qui misent sur l’utilisation d’un liquide pour refroidir les serveurs. L’idée n’est pas nouvelle. On peut, par exemple, utiliser des liquides qui, sans être en contact direct avec les composantes électroniques, capturent la chaleur ambiante pour l’entraîner ailleurs, comme on pourrait le faire avec un serpentin d’eau froide.

Le projet du professeur Sylvestre, auquel sont associées les entreprises Systémex Énergies et Varitron, mise plutôt sur le changement de phase du liquide. Le passage de l’état liquide à l’état gazeux consomme beaucoup plus d’énergie, ce qui se traduit par une extraction de chaleur plus importante.

Au lieu de tremper tout le circuit électronique dans un liquide qui ne conduit pas l’électricité (appelé liquide diélectrique), les chercheurs visent uniquement les composantes qui produisent la plus grande partie de la chaleur, soit les microprocesseurs.

Cette approche, plus ciblée, consiste à encapsuler la puce au coeur du microprocesseur de sorte qu’elle baigne dans ce liquide diélectrique. La chaleur dégagée par la puce réchauffe le liquide, qui se met à bouillir au point de se transformer en gaz. Lorsqu’il atteint le sommet de la capsule, le gaz se refroidit, se condense et retourne vers la surface chaude de la puce.

Ce schéma montre le liquide encapsulé autour d'une puce qui dégage de la chaleur. Les changements de phase permettent de refroidir les composantes électroniques.Ce schéma montre le liquide encapsulé autour d'une puce qui dégage de la chaleur. Les changements de phase permettent de refroidir les composantes électroniques. Photo : Radio-Canada / Marie Dionne

Le banc d’essai, créé par les ingénieurs de l’Université de Sherbrooke, vise entre autres à tester et à comprendre de quelle manière le liquide de refroidissement interagit avec les matériaux à la surface de la puce et à mieux comprendre les interactions complexes entre les différentes phases du liquide, son passage de liquide à gaz et de gaz à liquide.

On voit une personne en train d'effectuer des manipulations sur le banc d'essai de circuits informatiques.Le banc d'essai utilisé à l'Université de Sherbrooke Photo : Radio-Canada

« L'interaction entre tous ces phénomènes-là est assez complexe, pas complètement comprise, particulièrement quand on regarde des détails microscopiques, comme la manière dont une bulle va s'initier sur une surface chaude », explique le professeur Sylvestre.

On voit des bulles qui se forment dans le liquide qui sert à refroidir les composantes électroniques.Des bulles se forment dans le liquide qui sert à refroidir les composantes électroniques. Photo : Radio-Canada

Après les tests en banc d’essai, on doit développer des prototypes et les soumettre à une autre batterie de tests, dont des tests de fiabilité. Il est encore trop tôt pour dire à quel degré cette approche pourrait améliorer l’efficacité énergétique des centres de données, mais les chercheurs sont persuadés qu’ils pourront atteindre des performances thermiques supérieures à ce qu’on atteint aujourd’hui pour des coûts similaires.

Le reportage d'André Bernard et Hélène Morin a été diffusé à Découverte, à ICI Radio-Canada Télé.

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