Les centres de données consomment beaucoup d'électricité, mais ne menacent pas encore le climat

Figure. 1. Consommation d'énergie historique des centres de données en 2010-2018 et prévisions pour les années à venir, lorsque le prochain doublement du nombre d'instances de calcul (cœurs) dans les centres de données aura lieu

La demande de services de centres de données (DPC) a augmenté de nombreuses fois au cours de la dernière décennie. Il est alimenté par la popularité croissante des réseaux sociaux, de la vidéo, des applications mobiles et de diverses applications cloud.

En 2010, tous les centres de données dans le monde ont consommé environ 194 TW · h, soit 1% de la consommation mondiale d'énergie. Que se passera-t-il en cas de croissance exponentielle de l'informatique? Il a été estimé que la consommation électrique du centre de données peut augmenter trois ou même quatre fois. Par exemple, voir l'évaluation de Belhira et Elmeligi dans l'article «Évaluer l'empreinte des émissions mondiales des TIC: tendances jusqu'en 2040 et recommandations»(Journal of Cleaner Production, volume 177, p. 448).

Mais des études récentes montrent qu'il n'y a pas de raison de paniquer. Ainsi, de 2010 à 2018, la puissance de calcul du datacenter a augmenté de 6,5 fois, mais la consommation d'énergie est restée à peu près au même niveau (205 TWh, environ 1%), donc rien ne menace encore la planète.

Les craintes se fondent sur les tendances de 2005-2010, lorsque la consommation d'énergie des centres de données est en fait passée de 153 térawattheures (TWh) en 2005 à 203-273 TWh en 2010, soit 1,1 à 1,5% de la consommation mondiale d'électricité (voir JG Koomey, «Growth in data center electric usage 2005 to 2010», Analytics Press pour le New York Times, 2011).

Cependant, depuis 2010, la situation a radicalement changé. Dans un nouveau travail scientifique, les auteurs ont intégré des données provenant de diverses sources apparues récemment. L'article a été rédigé par plusieurs grands experts de l'énergie dans les centres de données de la Northwestern University, du Lawrence Berkeley National Laboratory et du cabinet de recherche Koomey Analytics (États-Unis).

Une nouvelle analyse montre une augmentation très modeste de la consommation d'énergie ces dernières années. En particulier, en 2018, les charges de travail et le nombre d'instances informatiques ont augmenté de plus de six fois, le trafic IP a augmenté de plus de 10 fois. La capacité de stockage des centres de données pour cette période a été multipliée par 25. Il semblerait que la consommation d'énergie devrait être extrapolée à une échelle appropriée. Mais non: depuis 2010, la consommation d'énergie par serveur a diminué de quatre fois , principalement en raison des améliorations technologiques et d'une réduction du temps d'inactivité.

Les watts par téraoctet de mémoire installée ont chuté environ neuf fois en raison de l'augmentation de la densité et de l'efficacité des disques.

De plus, la croissance du nombre de serveurs a considérablement ralenti en raison d'une multiplication par cinq du nombre moyen d'instances sur un serveur (en raison de la virtualisation).

Dans le même temps, tout au long de 2010-2019, la qualité de la consommation d'énergie PUE (efficacité d'utilisation de l'énergie), qui est calculée comme le quotient de la division de la consommation totale d'énergie du datacenter par la consommation d'énergie de son équipement informatique, s'est régulièrement améliorée. La contribution de divers composants à l'évolution du PUE est illustrée dans le diagramme ci-dessous.


Figure. 2. Tendances de la consommation d'énergie des centres de données

En 2018, la consommation mondiale d'énergie des datacenters est passée à 205 TWh, ce qui représente une augmentation de seulement 6% par rapport à 2010, tandis que le nombre total d '«instances informatiques» a augmenté de 550% sur la même période (sous instances informatiques) les cœurs de calcul du CPU sont destinés en premier lieu).

Si nous calculons la consommation d'énergie pour une instance informatique, alors l'intensité énergétique du nombre de centres de données mondiaux a diminué de 20% par an depuis 2010.

La consommation totale d'énergie des centres de données en 2010-2018 est restée pratiquement inchangée, mais la consommation d'énergie des appareils informatiques (serveurs, systèmes de stockage et équipements réseau) est passée de 92 à 130 TW · h, ce qui indique une augmentation de l'efficacité des centres de données. En d'autres termes, maintenant plus d'énergie va directement aux serveurs et moins aux systèmes auxiliaires comme un système de refroidissement. Dans le même temps, cela indique une augmentation de l'efficacité technologique et opérationnelle de l'infrastructure: «Cette baisse est due à la transition continue des petits centres de données traditionnels (79% des instances informatiques en 2010) vers des centres de données cloud plus grands et plus économes en énergie (y compris hyper-évolutifs) (89% opérations informatiques en 2018). La tendance est clairement visible dans la première figure de l'article, voir le troisième graphique à gauche.



Néanmoins, étant donné la demande toujours croissante de services de centres de données, la question se pose: combien de temps les tendances actuelles en matière d'efficacité énergétique se poursuivront-elles? «Il est notoirement difficile de prédire les limites de performances à long terme des appareils informatiques, en particulier à la lumière des technologies potentiellement perturbatrices telles que l'informatique quantique, pour lesquelles la consommation d'énergie n'est pas claire», écrivent les auteurs. «Néanmoins, dans un avenir proche, les analystes du marché prévoient une virtualisation encore plus grande des serveurs, et les études technologiques indiquent que les appareils informatiques ont encore le potentiel d'améliorer l'efficacité énergétique, y compris davantage de transitions vers des appareils de stockage à faible consommation d'énergie.

En termes d'infrastructure, les très grands centres de données de classe mondiale fonctionnent déjà à PUE = 1,1 ou moins, ce qui est proche de la valeur la plus basse possible.

Les chercheurs prédisent qu'à court terme, la transition des centres de données traditionnels plus petits vers des centres de données hyper-évolutifs plus efficaces se poursuivra. Dans le même temps, "les ressources en efficacité énergétique sont suffisantes pour absorber le prochain doublement des opérations informatiques dans les centres de données en parallèle avec une légère augmentation du volume de la consommation mondiale d'énergie".

Les résultats de ces travaux scientifiques contredisent les prévisions précédentes d'une augmentation rapide et inévitable de la consommation d'électricité. Non, une croissance rapide n'est pas attendue dans les années à venir. Mais le volume de l'informatique continuera de croître pendant de nombreuses décennies à venir, de sorte que la consommation d'énergie dans le centre de données doit être contrôlée. Les chercheurs recommandent de surveiller la conformité aux normes telles que Energy Star pour les serveurs, le stockage et les périphériques réseau, et exigent une certification pour les marchés publics. Les fabricants d'équipements doivent créer des incitations pour continuer à produire des produits innovants éconergétiques.

Étude publiée28 février 2020 dans la revue Science. Le travail d'une équipe d'auteurs américains s'appelle "Recalibrer les estimations de la consommation d'énergie des centres de données mondiaux" (Doi: 10.1126 / science.aba3758.