Green IT : un passage obligatoire pour les centres de données

Stéphane Bordage

01 Informatique

le 14/05/2008 à 07h00

envoyer
par mail

imprimer
l'article

Construits il y a 10 à 12 ans, “ la moitié des datacenters sont complètement dépassés ”, constate Rakesh Kumar, analyste chez Gartner. Les entreprises ne peuvent plus ajouter de machines faute de place. Le réseau public d'électricité sature. Sans compter l'incapacité des climatisations à refroidir de nouveaux serveurs. Pour les DSI, la seule façon de s'en sortir est d'adopter une attitude plus économe et plus responsable, qui se traduit aussi par des conséquences positives sur l'environnement. D'où les références de plus en plus nombreuses à la “ Green IT ” et aux “ green datacenters ”.

Un constat alarmant

En 1995, un rack de serveurs consommait entre 1 et 5 kW/h. Avec la généralisation des serveurs-lames, ils atteignent aujourd'hui 30 kW/h. En 5 ans, “ certains de nos clients ont multiplié par 20 la puissance de leur informatique ”, confirme Jean-Marc Dubreuil, président d'Intel France. Or, plus la densification augmente, et plus il faut dépenser d'énergie pour refroidir les machines. Aujourd'hui, le ratio est de 0,7 kW en climatisation pour 1 kW informatique. Si bien que, aux Etats-Unis, la consommation électrique des centres informatiques a doublé entre 2000 et 2005. Et “ certains datacenters en Ile-de-France ont atteint les limites de capacité du réseau électrique ”, confirme Patrice Marchini, en charge de l'offre de conseil “ Eco ” chez Sun.

Ces problèmes seraient moins pesants si les prix du mètre carré et de l'électricité n'avaient doublé en 10 ans (+75 % en France entre 2000 et 2008). D'autant que la demande en puissance de calcul augmente continuellement. Au point que Google a implanté ses deux derniers datacenters le long d'une rivière et près d'une centrale nucléaire pour réduire sa facture d'électricité et sécuriser son approvisionnement. A ce rythme, “ la facture électrique (10 % du budget informatique actuellement – NDLR) pourrait représenter la moitié du budget informatique d'ici à quelques années ”, estime Karim Bahloul, consultant chez IDC. Le coût annuel de fonctionnement d'un centre informatique dépassera bientôt son coût d'acquisition !

Fabricants de puces, de serveurs, d'alimentations électriques et de systèmes de refroidissement s'orientent en cœur vers des matériels plus sobres en énergie et dont la durée de vie s'allonge. “ Aujourd'hui, être “ vert ” n'est plus une lubie, c'est un impératif technique et économique ”, confirme Gérald Dulac, président d'Eolas.

Cette filiale de Business & Décision s'est associée au fondeur Intel et au spécialiste de l'alimentation électrique APC-MGE pour construire un nouveau centre informatique ultramoderne près de Grenoble. Principale innovation ? Sa dimension “ éco-énergétique ”, qui vise à sécuriser l'approvisionnement en électricité et à réduire la facture électrique. Ses partenaires revendiquent haut et fort leur volonté de réduire la facture énergétique d'Eolas d'au moins 30 %.

Après des années de guerre des prix, le caractère écologique et durable du matériel (re)devient donc un véritable différenciateur. Le nouvel indicateur n'est plus le nombre de transactions par mètre carré ou par dollar investi, mais le nombre de transactions par watt.

Des puces plus économes

La forte consommation électrique des datacenters provient d'abord de la consommation des puces. Tous les fondeurs travaillent sur ce problème depuis des années. En 8 ans, “ à puissance constante, nous avons divisé par 6 la consommation électrique de nos puces ”, estime Jean-Marc Dubreuil. Pour cela, Intel a notamment réduit sa finesse de gravure de 180 nm en 1999 à 45 nm en 2007.

Des progrès peuvent encore être faits, notamment au niveau des courants de fuite. “ Si on diminue les courants de fuite, on diminue mécaniquement la consommation de la puce et sa dissipation thermique. En un an, nous avons divisé par trois les courants de fuite de nos puces, de 750 à 250 milliwatts ”, illustre Bernard Seite, directeur technique d'AMD France. Intel privilégie la technologie High-K. “ Depuis 2007, l'Hafnium réduit par 10 les courants de fuite des transistors tout en doublant la densité des puces ”, explique Jean-Marc Dubreuil. Enfin, comme les serveurs ne sont chargés qu'à 5 ou 10 % de leurs capacités, “ nous alimentons les différentes parties de la puce uniquement lorsqu'elles ont besoin d'énergie. Et nous réduisons sa fréquence de fonctionnement lorsque cela est possible ”, explique Bernard Seite. Baptisée Cool'n'Quiet chez AMD et Speed Step chez Intel, cette approche permet d'économiser jusqu'à 30 % d'énergie.

Au final, alors qu'un microprocesseur traditionnel nécessite entre 65 et 145 W/h, le C7-D de Via Technologies C7-D ne consomme que 20 W/h à une fréquence de 1,8 GHz. L'Atom d'Intel consomme moins de 4 W/h. Et le processeur UltraSparc2 de Sun ne nécessiterait quant à lui que 2 W/h par thread !

Optimiser la consommation globale

L'efficacité énergétique des serveurs est aujourd'hui chapeautée par un programme de réduction de la consommation des centres de données : The Green Grid. Celui-ci travaille à la fois sur la qualité du matériel – respect des recommandations 80 Plus et Energy Star, par exemple – mais aussi sur la gestion globale du centre de données. Directement liés à l'enveloppe thermique des puces, les systèmes de climatisation sont la seconde plus grosse source de consommation électrique après les serveurs. Mais ils ont fait des progrès considérables. “ Aujourd'hui, aucune entreprise sérieuse ne s'amuserait à climatiser la salle ”, dit Daniel Doimo, vice-président d'APC-MGE Schneider. Des techniques chirurgicales extraient la chaleur à la source et injectent de l'air froid uniquement où c'est nécessaire. Chaque watt consommé pour refroidir une machine est donc désormais un watt utile.

Une étude Dell/IDC montre, par ailleurs, que les unités centrales ne sont responsables que de 40 % de la consommation d'énergie. Le stockage en représente 37 % et le réseau 23 %. Or, comme la production d'informations suit une courbe exponentielle, le stockage est le segment qui augmente le plus vite. Les gains potentiels sont importants dans ce domaine car, selon Sun, seulement 30 % du contenu des disques durs mérite d'y figurer. “ Nous estimons qu'une classification optimisée des données permet de réduire de 40 à 50 % la consommation d'un datacenter liée au stockage ”, estime Patrice Marchini chez Sun.

Les spécialistes du stockage multiplient donc les initiatives. Hitachi Data Systems (HDS) s'appuie, par exemple, en partie sur des disques durs Sata 2 de 1 Teraoctet qui ont un excellent coefficient capacité/énergie. Des fonctions d'allocation dynamique (Thin Provisioning) réduisent le nombre de disques physiques, et ceux non sollicités se mettent en veille automatiquement. “ Au total, on économise jusqu'à 40 % de la consommation énergétique ”, estime Michel Alliel, directeur chez HDS France. Et ce n'est qu'un début, car HDS travaille sur des baies de stockage à disques inertes, qui stockent des informations sans consommation électrique (concept Maid, Massive Array of Idle Disks), et sur des disques durs à mémoires statiques (SSD), très économes en énergie.

Mettre en place les bons indicateurs

Avant de mener un projet de refonte, ou de virtualisation, “ il faut mettre au point des indicateurs qui n'existent pas encore ”, conseille Rakesh Kumar. Ils faciliteront le suivi de l'infrastructure. The Green Grid tente d'en standardiser deux : l'efficacité énergétique, ou Power Usage Effectiveness (PUE), et l'efficacité du datacenter, ou Data Center Efficiency (DCE). L'idée est de mesurer en permanence le ratio entre dépenses énergétiques utile et inutile. La problématique de réduction de la consommation électrique peut alors être abordée à un plus haut niveau : celui de l'optimisation du taux d'utilisation des machines physiques. D'où le succès des outils de virtualisation.

Les progrès des matériels ne peuvent cependant pas compenser une mauvaise utilisation des ressources. Or, si les racks sont plus denses d'année en année, chaque machine continue à n'être utilisée qu'à 10 à 15 % de ses capacités. Il faut pourtant l'alimenter, l'administrer, la ventiler, etc. Dans ce contexte, la virtualisation optimise le taux d'occupation des machines pour obtenir un meilleur ratio transaction par watt. “ Virtualiser consiste à amener le taux d'utilisation des serveurs à environ 60 %, et donc à réduire le nombre de serveurs physiques, résume Patrice Marchini. En conjuguant virtualisation et rafraîchissement technologique, on peut réduire la consommation d'un datacenter existant de 20 %. ”. Malheureusement, selon les éditeurs, seules 20 à 50 % des applications déjà présentes dans un centre de données seraient éligibles à la virtualisation.

On peut cependant appliquer la virtualisation au stockage. “ On peut ainsi unifier les ressources et classer les besoins des applications en fonction du cycle de vie des données ”, explique Michel Alliel. Associé à la virtualisation du stockage, le Thin Provisionning applique le principe de la surréservation aux disques. On attribue un disque virtuel à un serveur. La capacité de ce disque virtuel est par exemple deux fois supérieure à la capacité physique sous-jacente.

Quand l'entreprise va au bout du projet, les résultats sont au rendez-vous. A puissance constante, Sun a réduit de 50 % le coût énergétique de ses datacenters en Europe et aux Etats-Unis (lire encadré) tout en réduisant de 30 % à 80 % l'espace nécessaire aux machines. L'investissement initial est plus élevé : matériel plus cher, travail de conception plus important, etc. Mais les analystes s'accordent sur un retour sur investissement de 6 mois à 4 ans selon les projets. Et au prix actuel de l'électricité, il ne cesse de s'améliorer.

Des gisements de gains potentiels

agrandir la photo

APC-MGE affirme pouvoir réduire de 30 % le coût du refroidissement et de l'extraction à la source dans une baie confinée.

Avec des alimentations de qualité, on peut obtenir un rendement énergétique proche de 90 % (contre moins de 50 % sur les clusters de PC bas de gamme). Plus globalement, il faut travailler sur l'ensemble du circuit de distribution électrique.

Intel affirme avoir réduit de 40 % la consommation électrique de ses puces en un an grâce à l'Hafnium et à la gestion de ses puces avec la technologie Speed Step.

En virtualisant les serveurs, on peut passer de 10 à 20 % de charge CPU à un ratio plus proche de 60 à 80 %. La quantité d'énergie pour une même transaction est moins importante, les machines qui fonctionnaient “ à vide ” étant éteintes.

En acceptant de stocker sur bande les 66 % de données qui ne sont plus “ vivantes ”, l'entreprise divise par 3 le besoin en disques durs.

De Google à T-Systems, de plus en plus d'hébergeurs commencent à produire leur propre énergie à partir de sources inépuisables : hydraulique, solaire, hydrogène, éolien, etc.

En suivant les directives européennes (WEEE, RoHS) et en favorisant des matériels respectueux de l'environnement (dans leur conception et leur fonctionnement), les entreprises se préparent à une future taxe carbone.