Vers des clouds plus verts ?

Le monde devenant de plus en plus numérique, la demande pour les centres de données est en pleine croissance, au même titre que leur consommation d'énergieénergie. Les seuls centres de donnéescentres de données (nombre d'entre eux fournissant un stockage et des services « dans le nuagenuage »), et sans compter le reste du fonctionnement d'Internet, produisent environ la moitié du volumevolume des émissions de CO₂ de l'industrie aérienne mondiale, et plus du total des émissionsémissions des Pays-Bas. Des chercheurs financés par l'UE développent des moyens de réduire l'impact environnemental des centres de données.

Avec des dizaines de milliers d'unités de traitement et de stockage qui doivent être refroidies, environ la même quantité d'énergie est utilisée pour les équipements de refroidissement des centres de données ainsi que pour leur alimentation. L'infrastructure qui se cache derrière les services dans le nuage est ainsi prête à améliorer l'efficacité énergétique.

« Pour chaque kilowatt d'énergie consommé par le centre de données, presque un kilowatt est dissipé sous forme de chaleurchaleur, explique Massimo Bertoncini de l'Engineering Ingegneria Informatica, en Italie. Des centres de données de plus en plus grands sont en constructionconstruction à travers le monde afin de faire face à la demande accrue de services numériques, mais leur alimentation et leur refroidissement représentent une question environnementale très importante. »

 
Les principaux facteurs du nuage, le cloud computing en anglais. La notion de nuage caractérise l'utilisation de serveurs distants pour traiter ou stocker les informations. © Sam Johnston, cc by sa 3.0

Mesurer précisément la consommation d’énergie

Massimo Bertoncini a coordonné une équipe de chercheurs qui a passé 30 mois pour trouver des solutions techniques permettant d'améliorer l'efficacité énergétique. Développées au sein du projet Green Active Management of Energy in IT Service centres (Games), ces méthodes ont permis de réduire la consommation d'énergie de plus de 20 % dans les centres de données où elles ont été mises en œuvre.

L'équipe a cherché à réduire la consommation électrique, considérant que toute amélioration en la matièrematière diminuera la consommation d'énergie des systèmes de refroidissement. « Pour une plus grande efficacité des centres de données, il est essentiel de savoir comment l'énergie est consommée. Notre but était donc de développer des solutions de surveillance efficaces qui permettent aux performances des centres de données et des processus d'être adaptés en temps réel », explique le coordinateur de Games.

L'équipe a d'abord travaillé sur des outils de mesure précis pour mesurer les consommations électriques des TIC de façon plus détaillée qu'avant, jusqu'au niveau du serveur. Leur solution mêle la mesure directe et les estimations par des modèles. Le projet Games s'est focalisé sur la prochaine génération de centres de données, plus efficace sur le plan énergétique. Pourtant, même dans ces installations dernier cri, seulement 60 % de l'énergie totale est destinée aux serveurs, processeurs et logiciels. Le reste concerne surtout le système de refroidissement et les systèmes d'alimentation de secours.

Vers un PUE parfait

L'indicateur de performance énergétique est le PUE (power-usage effectiveness), rapport entre l'énergie totale consommée par le centre et celle réclamée par les seuls systèmes informatiques. Un PUE idéal serait donc de 1, alors que la moyenne se situe entre 1,83 et 1,92.

L'équipe de Games a testé ses méthodes sur deux grands centres de données déjà relativement efficaces du point de vue énergétique, mais très différents. L'un est situé à Pont-Saint-Martin, en Italie, et l'autre à Stuttgart.

Sur le site de Pont-Saint-Martin, utilisé notamment pour des services d'hébergement, la technologie a fait descendre le PUE de 1,35 à 1,25, ce qui représente une économie d'énergie considérable. Sur le site de Stuttgart, un centre informatique de haute performance opéré par l'université, le système Games a conduit au même résultat.

« Nous avons montré que cette approche fonctionne avec des technologies variées et dans des centres de données différents, affirme Massimo Bertoncini. Elle permet aux opérateurs des centres de données de déterminer les meilleures pratiques sur chaque site pour réduire la consommation d'énergie sans impacter la performance. »

Par exemple, sur un site, il peut être intéressant de faire baisser la fréquence des unités de traitement en fonctionnement. Sur un autre en revanche, l'approche optimale pourrait permettre de transférer la charge de travail d'un serveur à un autre et les faire tous fonctionner à 80 % de leurs capacités, plutôt que de faire fonctionner moins de serveurs à 100 %. De la même façon, avec la technologie adaptative, les serveurs sous-utilisés peuvent être mis hors tension de façon dynamique si nécessaire.

Efficacité énergétique contre performance

« Il existe toujours un compromis entre l'efficacité énergétique et la performance : notamment, une demande de performance élevée implique une consommation importante d'énergie. La clé est de trouver le juste équilibre, afin de fournir le meilleur service au coût énergétique le plus faible », estime Massimo Bertoncini.

Un autre résultat clé du projet était la catégorisation des familles d'applicationsapplications exhibant des modèles semblables de consommation. Grâce à elle, on peut associer un ensemble de bonnes pratiques à une certaine configuration de matériels et de logiciels.

20 % de centre de données en plus par an

Améliorer l'efficacité énergétique des centres de données est une bonne chose pour l'environnement, mais apporte aussi des économies. Il faut savoir que le fonctionnement d'un tel centre peut coûter plus de dix millions d'euros par an rien qu'en électricité. Il n'est donc pas surprenant que les opérateurs de centres de données soient très intéressés par les travaux de l'équipe Games. « Nous avons constaté un grand intérêt de la part de l'industrie, confirme Massimo Bertoncini. Dans un premier temps, nous implémentons cette solution dans nos centres de données et nous l'offrirons par la suite aux clients. »

Des banques au secteur de la santé en passant par les autorités gouvernementales, effectuant davantage de processus en ligne et dans le nuage, le trafic IP du nuage global devrait être multiplié par six au cours des cinq prochaines années. Le nombre des centres de données, quant à lui, augmente d'environ 20 % chaque année. Réduire leur consommation est donc un enjeu considérable pour en réduire l'impact environnemental et pour diminuer les coûts.