Les centres de données américains pourraient consommer 5 fois moins d'électricité par rapport à leur consommation actuelle : c'est un des résultats d'une nouvelle étude [1] publiée dans la revue "IEEE proceeding" début août par une équipe du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) associée à Jonathan Koomey, professeur à l'Université de Stanford et auteur de nombreux rapports sur la consommation électrique des centres de données.
L'étude présente un nouveau modèle mathématique pour mieux estimer la consommation électrique des centres de données américains et évaluer le potentiel d'économies réalisables dans ce domaine.
Une consommation électrique triplée en 10 ans
Alors que les centres de données deviennent des instruments indispensables pour l'économie américaine et mondiale, leur prolifération et la constante augmentation de leur consommation électrique soulève des inquiétudes. Celle-ci a plus que triplé entre 2000 (28,2TWh) [2] et 2010 (85,6TWh) [3] jusqu'à atteindre 2,2% de la consommation électrique totale des Etats-Unis. Cette consommation correspond au cinquième de la consommation électrique française annuelle et à la production annuelle de plus d'une dizaine de réacteurs nucléaires américains [4].
Une récente étude publiée par Jonathan Koomey précise toutefois que l'augmentation de la consommation électrique des centres de données sur la période 2005-2010 [5] est moins élevée que prévue - "seulement" +36%. Ceci est principalement dû à la crise économique que traverse les Etats-Unis depuis fin 2007.
Une prise de conscience récente
En 2007, le Congrès américain a commandé un rapport à l'Agence de Protection de l'Environnement (EPA) [6] visant à faire le point sur les tendances de consommation électrique des centres de données aux Etats-Unis, et les potentiels en termes de réduction. Réalisé par la même équipe du Lawrence Berkley National Laboratory, ce rapport a permis d'établir différents scénarios de l'évolution de la consommation des centres de données aux Etats-Unis (cf image ci-dessous). Le rapport propose également une liste de recommandations parmi lesquelles la conception d'outils de mesure des tendances du secteur fiables.
L'étude présente un nouveau modèle mathématique pour mieux estimer la consommation électrique des centres de données américains et évaluer le potentiel d'économies réalisables dans ce domaine.
Une consommation électrique triplée en 10 ans
Alors que les centres de données deviennent des instruments indispensables pour l'économie américaine et mondiale, leur prolifération et la constante augmentation de leur consommation électrique soulève des inquiétudes. Celle-ci a plus que triplé entre 2000 (28,2TWh) [2] et 2010 (85,6TWh) [3] jusqu'à atteindre 2,2% de la consommation électrique totale des Etats-Unis. Cette consommation correspond au cinquième de la consommation électrique française annuelle et à la production annuelle de plus d'une dizaine de réacteurs nucléaires américains [4].
Une récente étude publiée par Jonathan Koomey précise toutefois que l'augmentation de la consommation électrique des centres de données sur la période 2005-2010 [5] est moins élevée que prévue - "seulement" +36%. Ceci est principalement dû à la crise économique que traverse les Etats-Unis depuis fin 2007.
Une prise de conscience récente
En 2007, le Congrès américain a commandé un rapport à l'Agence de Protection de l'Environnement (EPA) [6] visant à faire le point sur les tendances de consommation électrique des centres de données aux Etats-Unis, et les potentiels en termes de réduction. Réalisé par la même équipe du Lawrence Berkley National Laboratory, ce rapport a permis d'établir différents scénarios de l'évolution de la consommation des centres de données aux Etats-Unis (cf image ci-dessous). Le rapport propose également une liste de recommandations parmi lesquelles la conception d'outils de mesure des tendances du secteur fiables.
Comparaison des différents scénarios de l'évolution de la consommation électrique des centres de données aux Etats-Unis (2007)Crédits : Report to Congress on Server and Data Center Energy Efficiency - Public Law 109-431 - U.S. Environmental Protection Agency (EPA) ENERGY STAR Program
Des estimations plus précises grâce à un nouveau modèle
Cette nouvelle étude répond en partie à cette recommandation en introduisant un nouveau modèle mathématique de la consommation électrique des centres de données. Elle permet en outre d'améliorer la précision des estimations de consommation et des économies d'électricité potentiellement réalisables.
L'étude définit 5 types de centres de données distingués par leur taille et leur indice d'efficacité moyen (PUE - Power Usage Efficiency) ainsi que quatre variables dont dépend la consommation électrique d'un centre de données: consommation électrique des serveurs, équipements de stockage, équipements réseau et infrastructure. Ces variables ont été calculées pour chaque type de centre de données.
Les serveurs effectuent la majorité du travail utile représentent en moyenne la partie la plus importante de la consommation électrique d'un centre de données (entre 50 et 90%). 3 leviers ont été identifiés pour réduire leur consommation électrique:
- Utilisation de "matériel efficient" pour les serveurs (alimentation à haut rendement, mémoire vive plus économe, ventilateurs à vitesse variable, etc.)
- Utilisation de la modulation dynamique de la fréquence et de la tension des processeurs (comme les technologies "Cool'n Quiet" d'AMD ou "SpeedStep" d'Intel). L'image ci-dessous illustre l'effet d'une telle fonctionnalité sur la consommation électrique d'un serveur.
- Réduction du nombre physique de serveurs (principalement grâce au recours accru à la virtualisation des serveurs)
Relation entre taux de charge, consommation électrique et statut de la fonction de modulation dynamique de la fréquence et de la tension du processeurCrédits : Masanet, E., Brown, R.E., Shehabi, A., Koomey, J.G., and B. Nordman. "Estimating the Energy Use and Efficiency Potential of U.S. Data Centers". Proceedings of the IEEE, Aug 2011
L'intégration de nouvelles mesures d'amélioration de l'efficience énergétique - telles que la virtualisation des serveurs de moyenne gamme, l'amélioration de l'efficience des équipements de stockage ou l'achat de serveurs certifiés Energy Star - a permis d'affiner les estimations du potentiel d'économie par rapport à l'étude de 2007. Celle-ci avait estimé que le scénario le plus économe permettrait de réduire la consommation de 70%, contre 80% pour le nouveau modèle. Appliqué à la consommation des centres de données en 2008 (69TWh) - année retenue pour l'application de ce modèle - cela représente une économie potentielle de 56TWh, soit 4,4 Milliards de dollars (3,2 Milliards d'Euros).
Le découpage des économies potentielles permet de constater que celles-ci dépendent principalement de la réduction de la demande de consommation des serveurs, ce qui réduit indirectement celle de l'infrastructure qui les supporte (climatisation, alimentation électrique) en la sollicitant moins.
Contribution des mesures d'amélioration de l'efficience énergétique des centres de données aux économie d'électricité (en TWh)Crédits : Masanet, E., Brown, R.E., Shehabi, A., Koomey, J.G., and B. Nordman. "Estimating the Energy Use and Efficiency Potential of U.S. Data Centers". Proceedings of the IEEE, Aug 2011
Globalement, 70% des économies potentielles sont imputables aux serveurs : 31,1TWh d'économies directes (les serveurs eux-mêmes), auxquelles s'ajoutent 25,1TWh d'économies indirectes (l'infrastructure). Les économies d'énergie potentielles portant sur les équipements de stockage et réseaux représentent un peu moins de 10% du total, et légèrement plus de 10% pour celles portant sur l'infrastructure. Cependant, les auteurs de l'étude précisent que ce découpage n'est qu'une moyenne obtenue après plusieurs simulations s'appliquant aux différents types de centres de données, durant lesquelles les mesures visant à économiser de l'énergie ont été ordonnées de manières différente. L'impact qu'auront ces mesures pourrait donc être différent en fonction des installations.
Néanmoins, les auteurs soulignent que si la proportion des économies attribuées à l'infrastructure peut paraitre faible, c'est parce que son importance relative baisse lorsque l'efficience énergétique des serveurs s'améliore. Ces derniers ajoutent qu'il est à l'heure actuelle possible de faire des économies d'énergie significatives en agissant sur l'infrastructure à l'aide de mesures simples telles qu'un meilleur réglage du système de refroidissement ou d'une meilleure gestion des flux d'air.
Une étude limitée
Les auteurs déplorent une faiblesse au niveau de la qualité et de la quantité des données. Celles-ci sont encore insuffisantes en ce qui concerne les équipements de stockage et de réseaux. La plupart des données concernant les mesures d'économie d'énergie au sein des centres de données sont exprimées de manière relative, par rapport à la consommation électrique actuelle au lieu d'un indicateur objectif comme le "KWh par unité de calcul". Les auteurs estiment qu'il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que ce type d'indicateur parvienne à s'imposer.
ORIGINE : BE Etats-Unis numéro 259 (16/09/2011) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67686.htm
- [2] Koomey, Jonathan. 2008 : Worldwide electricity used in data centers :http://iopscience.iop.org/1748-9326/3/3/034008/
- [3] Koomey, Jonathan. 2011. Growth in Data center electricity use 2005 to 2010. Oakland, CA: Analytics Press. August 1 2011 :http://www.analyticspress.com/datacenters.html
- [5] "L'augmentation de la consommation électrique des centres de données ralentit" - BE Etats Unis 256 : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67508.htm
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