Refroidir les ordinateurs avec de minuscules moteurs à réaction

Les serveurs informatiques qui remplissent d'énormes centres de données produisent plus de chaleur avec chaque nouvelle génération de processeurs. C'est un problème qui envoie les ingénieurs à la recherche de ventilateurs de refroidissement à la fois suffisamment petits pour tenir dans des châssis de serveur de plus en plus petits et suffisamment puissants pour dissiper des quantités croissantes de chaleur. Chez Hewlett-Packard, ils ont trouvé une réponse dans un endroit inattendu : les modèles réduits d'avions à réaction.

Une vue en coupe du nouveau ventilateur de refroidissement de serveur à conduits électriques de Hewlett-Packard, qui a été adapté à partir de modèles de moteurs d'avion à réaction. (Image avec l'aimable autorisation de Hewlett-Packard.)

Pour refroidir sa prochaine génération de serveurs commerciaux, la société utilise des ventilateurs à conduits électriques (EDF), développés à l'origine par des amateurs d'aéromodélisme pour alimenter des jets radiocommandés. Essentiellement des hélices dans un boîtier, les ventilateurs fonctionnent si vite et produisent une pression d'air telle qu'ils devraient être en mesure de répondre aux besoins de refroidissement des prochaines générations de serveurs HP, selon Wade Vinson, ingénieur du groupe Industry Standard Server de l'entreprise. .

Dans un ventilateur à conduit électrique, qui est la forme la plus populaire de moteur à réaction radiocommandé, les pales du ventilateur sont placées à l'intérieur d'un tube ou d'un conduit. Parce que les pales sont plus courtes que les pales d'hélice typiques, elles tournent plus vite, créant ainsi plus de poussée. De plus, le conduit réduit le bruit et empêche la formation de tourbillons d'air autour de la pointe des pales, ce qui sape la poussée produite par les hélices traditionnelles.

Bien sûr, les serveurs informatiques n'ont pas besoin de poussée, car ils ne vont généralement nulle part. Au lieu de cela, Vinson et son équipe ont montré que les pales EDF peuvent être repensées pour produire de la pression. Les pales de ventilateur de leurs prototypes forcent l'air dans le châssis d'un serveur, de sorte qu'un certain volume d'air par minute passe devant les dissipateurs thermiques (ailettes en aluminium ou en cuivre attachées à la plupart des processeurs) et évacue la chaleur par convection.

Le produit final est l'Active Cool Fan de HP, qui devrait faire ses débuts dans sa prochaine génération de serveurs BladeSystem. À leur réglage le plus efficace, selon Vinson, les ventilateurs ne consomment qu'un tiers de la puissance des ventilateurs informatiques traditionnels ; et ils sont plus petits que les ventilateurs ordinaires, ce qui signifie que les ingénieurs peuvent rendre les serveurs plus minces et y intégrer plus d'électronique. Si vous avez 10 serveurs traditionnels aujourd'hui, nous pourrions mettre 16 serveurs dans le même espace, explique Vinson.

Les prototypes de ventilateurs HP sont construits à partir de pièces plus robustes et plus fiables que les ventilateurs informatiques actuels, selon Vinson, et ils fournissent de l'air avec suffisamment de force pour refroidir les serveurs plus petits, plus denses et plus chauds sur les planches à dessin de HP. Ils vous épatent littéralement, dit-il; c'est comme ramasser un souffleur de feuilles.

Le temps est venu pour une meilleure technologie de refroidissement informatique. Essentiellement, les processeurs sont de minuscules radiateurs, qui effectuent un travail de calcul car ils convertissent activement l'électricité en chaleur. Chaque watt d'énergie utilisé par les serveurs d'un centre de données sous forme d'électricité doit être expulsé sous forme d'air chauffé. Mais, à mesure que les fabricants d'ordinateurs rendent les processeurs plus petits et plus rapides et les assemblent plus étroitement, il devient de plus en plus difficile de pousser suffisamment d'air à travers un serveur pour que l'électronique continue de fonctionner correctement.

Cette situation peut se traduire par d'énormes problèmes pour les centres de données d'entreprise avec des centaines ou des milliers de serveurs, tels que ceux qui permettent à notre économie en ligne de fonctionner dans des installations gérées par Google, Yahoo, eTrade, etc. Les serveurs qui surchauffent peuvent s'arrêter, ralentissant le traitement et augmentant la charge sur les autres serveurs ; et ils obligent les entreprises à dépenser des centaines de milliers de dollars en nouveaux systèmes de climatisation et en électricité pour les faire fonctionner.

Le problème s'aggrave également, car des processeurs plus petits signifient que plus de processeurs sont comprimés dans le même volume. Pas plus tard qu'en l'an 2000, le serveur moyen consommait de l'ordre de 100 à 150 watts, explique Vinson. Il dépasse maintenant les 400 à 500 watts. Et il ne serait pas inhabituel d'avoir un rack de serveurs qui tire 15 000 ou 20 000 watts - assez pour éclairer plus de 100 maisons.

Alors que les fabricants d'ordinateurs américains ont poussé pendant des années principalement les fabricants chinois de ventilateurs d'ordinateurs à repenser la conception des moteurs et l'aérodynamique de leurs produits, la quantité d'air que ces ventilateurs traditionnels peuvent faire passer n'a augmenté que de 5 % par an. Cette absence de progrès réels est apparue comme un obstacle potentiel au développement de la technologie des serveurs. En 2003, nous avions une idée de ce à quoi nous voulions que nos futurs serveurs ressemblent - mais lorsque nous avons commencé à faire des calculs sur le type de ventilateur qui serait nécessaire pour y aller, c'était trois fois ce que n'importe qui dans l'industrie serait capable à livrer, dit Vinson.

Finalement, Vinson et Ron Noblett, vice-président des services d'ingénierie partagés du groupe HP Industry Standard Server, sont tombés sur la solution peu orthodoxe. Noblett, un passionné d'aéromodélisme, a suggéré à son collègue d'examiner les ventilateurs à conduits électriques utilisés dans les jets radiocommandés.

La plupart des modèles réduits d'avions à hélice sont équipés de petits moteurs à essence (qui produisent ce gémissement aigu familier). Mais les moteurs à essence ne sont pas idéaux pour les modèles réduits de jets. Ces jouets de 4 000 $ peuvent bourdonner à plus de 200 kilomètres à l'heure, nécessitant des réflexes de foudre ; si un pilote perd le contrôle, le réservoir de carburant de l'avion peut se transformer en bombe volante. Ainsi, au milieu des années 1980, les amateurs ont commencé à développer des moteurs électriques à grande vitesse alimentés par batterie qui pouvaient être placés dans le fuselage ou sous les ailes d'un modèle réduit d'avion.

Au cours des 20 dernières années, cette industrie du vol électrique n'a cessé de promouvoir l'alimentation par batterie, la technologie des moteurs et la technologie des pales de ventilateur en partant du principe que même s'ils vont trop loin et que le moteur meurt en vol, l'avion a toujours ses surfaces de contrôle et devient juste un planeur, dit Vinson. L'adaptation de cette nouvelle technologie model-jet pour le refroidissement des serveurs s'est avérée être une simple modification de la forme de la lame.

HP et ses concurrents travaillent également sur d'autres moyens de résoudre le problème de la chaleur excessive. Il y a le refroidissement par eau, dans lequel les dissipateurs thermiques sont remplacés par des blocs d'eau avec des canaux pour l'écoulement de l'eau ; le refroidissement à changement de phase, similaire à la réfrigération traditionnelle ; et le refroidissement Peltier, basé sur l'effet Peltier, dans lequel un courant traversant deux types de métaux provoque l'échauffement de l'un et le refroidissement de l'autre. Mais un flux d'air reste le moyen le plus simple de disperser la chaleur.

Parce que nous sommes capables de prendre ces EDF haute puissance et de les reconcevoir, le gars avec le centre de données, sachant qu'il a cette technologie, n'a pas à s'inquiéter de faire une mise à niveau de ses systèmes de refroidissement dans deux ans, et un rip-and-remplace dans cinq ans, dit Vinson. Il ajoute : Nous ne pensons pas que nous sommes même près de manquer de place pour améliorer cette technologie.

Image de la page d'accueil : Le ventilateur caréné électrique HP dans son boîtier fini. (Avec l'aimable autorisation de Hewlett-Packard.)

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