Le cloud de demain ne sera peut-être pas seulement celui qui calcule le plus vite ou consomme le moins, mais aussi celui qui saura choisir le meilleur moment et le meilleur endroit pour effectuer ses calculs.
Avec le développement des énergies renouvelables, les data centers vont devoir adapter leur fonctionnement à une production électrique de plus en plus variable. Pour ce faire, l’amélioration du stockage, le pilotage intelligent des serveurs ou encore le déplacement de certains calculs sont autant de solutions qui permettent de concilier continuité de service et transition énergétique.
Que leurs serveurs hébergent des applications professionnelles, exécutent des calculs d’intelligence artificielle, ou assurent des services de streaming, les data centers doivent répondre à la demande de leurs utilisateurs 24 heures sur 24. Cette exigence de disponibilité repose sur une alimentation électrique suffisamment stable, puissante, et sécurisée.
Le recours aux énergies solaire et éolienne se développant, une part croissante de l’électricité provient de sources dont la production dépend des conditions météorologiques. Les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité en fonction de l’ensoleillement, tandis que la puissance délivrée par les éoliennes fluctue avec le vent. Cette variabilité introduit une nouvelle difficulté pour les infrastructures numériques, dont les besoins énergétiques ne coïncident pas nécessairement avec les périodes de production renouvelable.
Dès lors, comment garantir la continuité des services informatiques dans un contexte d’instabilité de l’alimentation électrique ? Pour Stéphane Caux, professeur à Toulouse INP et chercheur au laboratoire Laplace (Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie), spécialisé dans la gestion et la conversion de l’énergie, la réponse passe par une approche flexible, qui a notamment été explorée dans le cadre du projet de recherche DATAZERO, consacré aux data centers alimentés par des énergies renouvelables, afin de faire naître un cloud dont la consommation pourrait s’ajuster, dans certaines limites, à la disponibilité de l’électricité.
Rechercher le meilleur compromis entre consommation, délais d’exécution et exigences des utilisateurs
Stéphane Caux
Professeur à Toulouse INP et chercheur au laboratoire Laplace
Le stockage d’énergie, premier levier à actionner
La première réponse à l’intermittence des énergies renouvelables consiste à stocker l’électricité produite lorsqu’elle est abondante pour la restituer lorsque la production diminue. A ce titre, les data centers disposent déjà de batteries destinées à assurer leur continuité de fonctionnement en cas de défaillance de l’alimentation électrique. Cependant, une infrastructure reposant largement, voire exclusivement, sur des énergies renouvelables doit aussi compenser les variations quotidiennes de la production. Stéphane Caux explique : « Le dimensionnement du stockage va dépendre de l’environnement météorologique, de la puissance des serveurs, du profil de consommation, et de la contribution éventuelle d’autres sources d’énergie. »
L’enjeu est autant économique que technique car augmenter les capacités de stockage améliore l’autonomie, mais entraîne des investissements supplémentaires. À l’inverse, une capacité insuffisante peut mettre en péril la disponibilité des services.
Adapter les calculs à l’électricité disponible
La seconde solution consiste à agir sur la consommation des serveurs car tous les traitements informatiques n’ont pas la même urgence. Certaines applications nécessitent une réponse immédiate, tandis que d’autres disposent d’une marge de manœuvre dans leur délai d’exécution. C’est le cas pour certains calculs scientifiques, traitements de données ou entraînements de modèles d’intelligence artificielle qui peuvent, sous certaines conditions, être programmés à des moments plus favorables.
Cette souplesse de fonctionnement permet de réduire temporairement la puissance affectée aux serveurs. La difficulté consiste cependant à déterminer précisément les marges de flexibilité acceptables. « Il ne s’agit pas de sacrifier la qualité de service à la disponibilité de l’électricité, mais de rechercher le meilleur compromis entre consommation, délais d’exécution et exigences des utilisateurs », précise Stéphane Caux.
L’intelligence artificielle au service d’un cloud flexible
Autre levier à actionner, l’intelligence artificielle peut coordonner la production renouvelable et la consommation des serveurs en anticipant les variations météorologiques, l’état des batteries, les performances des équipements et l’évolution de la demande informatique.
Cette technologie peut améliorer les prévisions de production électrique à partir des données météorologiques et de l’historique des installations. Si une baisse de l’ensoleillement est prévue, certains calculs peuvent être avancés et une partie des réserves préservée. Elle peut aussi modéliser la consommation des serveurs selon leur charge et leurs caractéristiques, afin d’estimer le coût énergétique d’une tâche sur différents équipements. Enfin, elle peut anticiper la demande informatique en analysant les variations quotidiennes ou les pics liés à certains événements.
En combinant ces informations, les opérateurs peuvent mieux répartir les ressources énergétiques et informatiques. Ces prévisions restant imparfaites, le système doit toutefois conserver des marges de sécurité et être en mesure de réagir en temps réel aux imprévus.
Repenser l’architecture électrique des data centers
Au-delà du stockage et de la gestion des calculs, la transition énergétique favorise l’évolution de l’architecture électrique des infrastructures numériques.
Les data centers conventionnels reposent largement sur une distribution en courant alternatif, qui nécessite plusieurs étapes de transformation et de conversion avant que l’électricité puisse alimenter les composants électroniques des serveurs. Or, les installations photovoltaïques et les batteries fonctionnent en courant continu. Les éoliennes peuvent également être intégrées à ce type d’architecture au moyen de dispositifs d’électronique de puissance.
Les travaux auxquels a participé Stéphane Caux ont ainsi exploré l’intérêt d’une distribution électrique en courant continu au sein des data centers. L’objectif serait de simplifier certaines étapes de conversion, de réduire les équipements nécessaires et de limiter les pertes énergétiques associées.
Cette approche pourrait également conduire à reconsidérer les architectures de redondance utilisées pour garantir la sûreté de fonctionnement. Le chercheur évoque notamment la possibilité de rechercher un compromis entre le niveau de redondance des équipements, les capacités de stockage et la diversité des sources d’énergie.
La décarbonation du cloud pourrait ainsi passer non seulement par une transformation de son approvisionnement énergétique, mais aussi par une refonte de la manière dont l’électricité est distribuée jusqu’aux serveurs.
La flexibilité énergétique, un nouveau critère de performance du cloud ?
Ces différentes trajectoires dessinent une évolution possible des critères de performance des infrastructures numériques. Aujourd’hui, les data centers sont notamment évalués sur leur puissance de calcul, leur disponibilité, leur efficacité énergétique et leur capacité à répondre rapidement aux besoins des utilisateurs.
Demain, leur aptitude à adapter leur consommation à la disponibilité de l’électricité pourrait devenir un critère supplémentaire. Pour les opérateurs, cela impliquerait d’intégrer les prévisions énergétiques aux outils de gestion des infrastructures et de développer des mécanismes d’ordonnancement capables de tenir compte des contraintes électriques.
Pour les fournisseurs de services cloud, de nouvelles offres pourraient émerger, permettant aux clients de choisir entre une exécution immédiate ou des traitements différables, potentiellement moins coûteux ou associés à une électricité moins carbonée.
Reste à déterminer jusqu’où il est possible de rendre le cloud flexible sans dégrader la qualité de service qui fait sa valeur.
Le cloud de demain ne sera peut-être pas seulement celui qui calcule le plus vite ou consomme le moins, mais aussi celui qui saura choisir le meilleur moment et le meilleur endroit pour effectuer ses calculs.
Lexique
Intermittence
Variation de la production d’électricité d’une source d’énergie en fonction de sa disponibilité, notamment météorologique.
Ordonnancement des tâches
Organisation de l’exécution des traitements informatiques en fonction des ressources disponibles et des contraintes de délai.
Courant continu
Courant électrique circulant non sinusoïdal, notamment utilisé par les batteries et les composants électroniques.
Flexibilité énergétique
Capacité à modifier sa consommation d’électricité dans le temps ou en puissance pour s’adapter aux conditions du système électrique.
Nous les citons
Stéphane Caux
Professeur des universités à Toulouse INP et chercheur au laboratoire Laplace (Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie). Ses travaux portent notamment sur la gestion de l’énergie, la commande robuste et l’optimisation en temps réel. Il s’intéresse en particulier aux systèmes électriques intégrant des sources d’énergie renouvelable. Il a participé aux projets de recherche DATAZERO et DATAZERO2 consacrés à l’alimentation et au pilotage de data centers utilisant des énergies renouvelables. Ses recherches explorent notamment la coordination entre contraintes électriques, stockage d’énergie et ordonnancement des tâches informatiques avec les chercheurs de l’IRIT (Institut de Recherche en Informatique de Toulouse).
FAQ
Le solaire et l’éolien produisent de l’électricité de manière variable, en fonction de la météo. Or, les data centers doivent fonctionner en continu. Ils doivent donc être capables de compenser les périodes de faible production tout en maintenant la disponibilité de leurs services.
Plusieurs leviers sont possibles : augmenter les capacités de stockage, mieux anticiper la production renouvelable, ajuster la puissance des serveurs ou encore différer certains traitements informatiques lorsque leur exécution n’est pas urgente.
L’IA peut contribuer à prévoir la production solaire ou éolienne, anticiper la demande informatique et estimer la consommation énergétique des serveurs. Ces informations peuvent ensuite aider à décider quand exécuter certaines tâches et comment utiliser au mieux les réserves d’énergie disponibles.
Oui. Certains services permettent déjà de distinguer les traitements devant être exécutés immédiatement de ceux pouvant être différés. Cette flexibilité permettrait de mieux faire coïncider les calculs avec les périodes où l’électricité renouvelable est la plus disponible.
