Optimisation énergétique du rafraichissement des datacenters

Energy optimization of datacenters cooling process

• Auteur / Autrice : Baptiste Durand-Estebe
• Direction : Eric Arquis, Cédric Le Bot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 04/07/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Christophe Marvillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Marvillet, Patrice Joubert, Benoît Stutz, Jean Moureh, Jean-Rodolphe Puiggali
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Joubert, Benoît Stutz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centres de traitement informatique

Centres de traitement informatique

Mots clés libres

Simulation

Datacenters

Refroidissement

CFD

Free-cooling

POD

Simulation

Datacenters

Cooling plant

CFD

Free-cooling

Economizer

POD

Résumé

De nos, jours avec la démocratisation des équipements électroniques et l’explosions des services informatiques proposés sur le web, la consommation des datacenters devient un enjeu énergétique et économique majeur. Ce terme qui peut être traduit par « centre de calcul », désigne les infrastructures qui hébergent et font fonctionner en permanence des serveurs informatiques. Son rôle est de fournir aux équipements électroniques un environnement thermique adapté, ainsi qu’une alimentation électrique stable de manière à assurer une très grande sécurité de fonctionnement. Mais l’activité permanente des serveurs génère de grandes quantités de chaleurs, et un refroidissement permanent est nécessaire. Cette étude à pour objectif de mieux comprendre les phénomènes physiques qui interviennent dans le fonctionnement des datacenters afin d’apporter des solutions pour optimiser leur fonctionnement et diminuer leur consommation. A l’aide de simulations numériques, nous étudions les écoulements d’air et les transferts de chaleur qui interviennent dans la salle informatique, et nous proposons un nouveau modèle numérique qui permet de simuler le comportement des serveurs de nouvelle génération. Puis, grâce à une méthode de type POD, couplée au logiciel TRNSYS, nous développons un modèle « transversal » capable de simuler le fonctionnement complet d’un centre de calcul depuis les équipements informatiques, jusqu’au système de production d’air froid. Finalement, ce dernier est employé pour concevoir et tester un système de régulation adaptatif qui permet de réduire significativement les consommations d’énergie.

Nowadays, with the constant evolution of Information Technology (IT) equipments, the energy consumption of datacenter over the world becomes a major concern. These infrastructures are designed to provide an adapted thermal environment and an uninterrupted power supply to the IT servers, in order to guarantee a high level of reliability. However, the constant activity of electronic equipments releases a large amount of heat, and requires a constant cooling. Thus the objective of this work is to study the physical phenomena involved in an operating datacenter, in order to optimize the process and to reduce its energy consumption. Using numerical simulation, we study the air flow and the heat transfers happening in the servers’ room. To quantify the impact of new generation servers on the cooling process, we propose a numerical model that simulates the behavior of “blade” server. Then, using a Proper Orthogonal Decomposition (POD) method linked to the software TRNSYS, we propose a new “transversal” model, that simulates a datacenter behavior from the servers to the cooling plant. This model is used to develop a new adaptive regulation strategy, which constantly optimizes the system in order to ensure a safe thermal environment, and provides large energy savings.