Les supercondensateurs apparaissent comme une technologie prometteuse pour résoudre ce problème grâce à leur capacité à fournir et à absorber de grandes quantités d'énergie en un temps très court. Selon les prévisions d'IDTechEx, le marché des supercondensateurs destinés aux centres de données pourrait dépasser 950 millions de dollars d'ici 2037.

Le cabinet de conseil analyse cette évolution dans son rapport « Supercondensateurs pour centres de données 2027-2037 : Technologies, applications, acteurs et prévisions », dans lequel il étudie à la fois les technologies disponibles et l'un des aspects fondamentaux de leur adoption : à quel point de l'infrastructure électrique du centre de données il est le plus judicieux d'installer ces dispositifs.

L'IA introduit un nouveau profil de consommation d'électricité

Les centres de données dédiés à l'intelligence artificielle présentent des profils de demande différents de ceux des installations traditionnelles. Les grands clusters d'accélérateurs peuvent générer des charges transitoires et des variations de puissance très rapides lors du démarrage ou de la fin de certaines opérations de calcul.

Les pics les plus extrêmes peuvent produire des chutes de tension momentanées qui, si elles ne sont pas gérées correctement, peuvent affecter le fonctionnement des serveurs et autres équipements et transmettre des perturbations à l'infrastructure électrique.

Cette situation impose d'adapter à la fois les systèmes de distribution électrique et les systèmes de secours. Le stockage utilisé pour compenser ces variations doit réagir en des temps très courts — de l'ordre de la milliseconde — et supporter un grand nombre de cycles de charge et de décharge.

Il est également important d'avoir une densité de puissance élevée, afin de limiter l'espace occupé lors de la gestion de charges importantes, et la possibilité d'intégrer la solution dans les architectures électriques existantes.

Ces caractéristiques expliquent l'intérêt croissant porté aux supercondensateurs. Contrairement aux systèmes de stockage d'énergie conçus principalement pour fournir de l'énergie sur de longues périodes, les supercondensateurs se distinguent par leur capacité à fournir ou à absorber de l'énergie très rapidement et à supporter un grand nombre de cycles.

Où installer les supercondensateurs ?

L'architecture spécifique varie d'un centre de données à l'autre, mais il existe plusieurs niveaux auxquels ces systèmes de stockage peuvent être intégrés.

Les serveurs, commutateurs, routeurs et systèmes de stockage sont généralement regroupés dans des baies, qui peuvent intégrer leurs propres unités d'alimentation de secours (BBU). Plusieurs baies forment des allées informatiques, alimentées par des unités de distribution d'énergie (PDU).

À un niveau supérieur se trouve l'infrastructure électrique centrale du bâtiment, chargée de distribuer l'électricité provenant du réseau et d'abriter les systèmes d'alimentation sans interruption (ASI). Ces systèmes assurent la continuité de l'alimentation électrique pendant les coupures de courant et couvrent, entre autres fonctions, le temps nécessaire à la mise en service des générateurs de secours.

D'après l'analyse d'IDTechEx, les supercondensateurs peuvent être installés à trois niveaux principaux : à l'intérieur du rack, dans l'allée ou à proximité des systèmes d'alimentation sans coupure (UPS) centraux. Chaque option présente des avantages différents en termes de protection, de densité, de coût et de facilité de déploiement.

Supercondensateurs à l'intérieur du rack

L'intégration en rack, par exemple dans le cadre de l'unité de stockage de batterie (BBU), pourrait être particulièrement adaptée aux nouveaux centres de données d'IA.

La proximité entre le système de stockage et la charge permet une stabilisation directe de l'alimentation électrique des équipements basse tension et une réponse locale aux variations de consommation des serveurs et des accélérateurs.

Cette architecture permet également de déployer les supercondensateurs uniquement là où c'est nécessaire. Dans les installations où seules certaines baies sont dédiées à l'entraînement ou à l'inférence de l'IA, le stockage haute puissance peut être concentré dans ces zones au lieu d'être dimensionné pour l'ensemble de l'installation.

L'inconvénient est que l'intégration de davantage de composants d'alimentation à l'intérieur du rack réduit l'espace disponible pour les équipements informatiques et peut accroître la complexité de l'infrastructure.

 Installation d'onduleurs dans les couloirs et les chambres

Les configurations au niveau des allées présentent des avantages lors de la mise à niveau des centres de données existants. Comme elles ne nécessitent pas forcément de modifications de chaque rack, elles facilitent la modernisation et permettent de maintenir une densité plus élevée de serveurs et d'accélérateurs.

Pour cette raison, IDTechEx prévoit que les installations d'onduleurs au niveau des allées et des salles pourraient être plus présentes à court terme, notamment dans les centres de données en colocation.

L'installation à proximité du système UPS offre un autre avantage : elle permet la protection de charges qui ne sont pas couvertes par un système installé exclusivement dans les racks.

Il s'agit notamment de l'infrastructure électrique à haute tension et de certains systèmes auxiliaires, tels que le refroidissement, dont la continuité est essentielle au fonctionnement global d'un centre de données à haute densité.

IDTechEx estime que, d'ici 2037, les configurations au niveau des racks et dans les salles UPS pourraient devenir les deux emplacements prédominants pour les supercondensateurs dans les centres de données.

Des batteries supplémentaires pour répondre en millisecondes

L'arrivée des supercondensateurs n'implique pas nécessairement le remplacement des batteries actuellement utilisées dans les systèmes d'alimentation sans interruption. Ces deux technologies répondent à des besoins différents au sein de l'infrastructure énergétique.

Alors que les batteries sont adaptées au stockage de grandes quantités d'énergie et à une autonomie prolongée, les supercondensateurs peuvent intervenir en réponse à des variations de puissance extrêmement rapides et répéter ces cycles de charge et de décharge à haute fréquence.

Cette combinaison prend une importance particulière avec l'augmentation de la consommation énergétique des serveurs dédiés à l'intelligence artificielle. L'infrastructure énergétique ne doit plus se contenter de gérer les coupures de courant potentielles, mais aussi les variations soudaines de la demande lors du fonctionnement normal des centres de données.

L'emplacement optimal dépendra en définitive de facteurs tels que la conception de l'installation, le pourcentage de charges destinées à l'IA, la possibilité de modifier les racks et la nécessité de protéger les autres systèmes électriques et de refroidissement.

Avec un marché qui, selon les prévisions d'IDTechEx, dépassera les 950 millions de dollars d'ici 2037, les supercondensateurs pourraient ainsi devenir un nouvel élément de l'architecture énergétique des centres de données, notamment dans les installations où les charges d'IA nécessitent la gestion de variations de puissance de plus en plus rapides et importantes.

Auteur : Daniel Parr, analyste technologique chez IDTechEx