Dans un monde où l'efficacité énergétique devient primordiale, le CPU, ou processeur central, joue un rôle clé dans la consommation électrique des serveurs. Chez Ataden, notre engagement envers la construction de serveurs à faible consommation nous pousse à analyser de près les raisons de la consommation énergétique des CPU. Bien que ces processeurs soient des champions du calcul, leur fonctionnement entraîne une perte d'énergie sous forme de chaleur, ce qui peut poser des défis en matière de refroidissement. Fort heureusement, nos serveurs sont conçus de manière si efficace qu'ils n'ont besoin que d'une simple ventilation pour maintenir des températures optimales. Dans cet article, nous explorerons les divers facteurs qui influencent la consommation électrique des CPU et la manière dont nous optimisons cette consommation pour un avenir plus durable.
Le fonctionnement interne du CPU
Pour comprendre pourquoi un processeur consomme de l'électricité, il faut d'abord savoir comment il fonctionne. Un CPU est constitué de milliards de transistors, de minuscules interrupteurs qui s'ouvrent et se ferment pour traiter des données binaires (0 et 1). Ces transistors nécessitent de l'électricité pour fonctionner, et plus il y a de transistors, plus la consommation énergétique est élevée.
À titre d'exemple, l'Intel Core i9-14900KS, avec ses 24 cœurs et ses milliards de transistors, peut atteindre des pointes de consommation de 320 W sous charge maximale dont 150W de chaleur à dissiper. Toute cette énergie n'est donc pas utilisée efficacement pour les calculs.
La dissipation thermique et l'effet Joule
Une partie importante de l'énergie consommée par un CPU est perdue sous forme de chaleur, ce qui est une conséquence directe de l'effet Joule. Lorsqu'un courant électrique traverse un transistor ou un conducteur, une résistance électrique s'oppose à ce flux, générant de la chaleur. Plus le CPU est actif, plus il y a de résistance, et plus la température monte.
Cette chaleur excessive doit être dissipée, souvent via des systèmes de refroidissement, ajoutant une consommation énergétique supplémentaire. En moyenne, 30 % de la consommation électrique des centres de données est dédiée au refroidissement des composants électroniques, y compris les CPU. Réduire cette consommation est un défi que nous relevons chez Ataden pour maintenir nos serveurs à basse consommation.
La miniaturisation et la densité de transistors
L’évolution des technologies de gravure des processeurs a permis d’augmenter la densité de transistors tout en réduisant leur taille. Cependant, cette miniaturisation a ses limites. En effet, plus les transistors sont petits, plus ils ont tendance à générer de la chaleur en raison de l’effet de fuite électrique, où une petite partie du courant s'échappe sans être utilisée efficacement. Par exemple, les CPU fabriqués en 7 nm ou 5 nm, comme le AMD EPYC Milan, sont plus performants mais peuvent voir une partie de leur consommation énergétique perdue sous forme de chaleur due à cette fuite.
La fréquence d'horloge et le voltage
Un autre facteur clé de la consommation est la fréquence d'horloge du CPU. Plus le processeur effectue de cycles par seconde, plus il a besoin d’énergie. Cependant, chaque augmentation de la fréquence nécessite une hausse proportionnelle du voltage, augmentant ainsi la consommation énergétique et la chaleur générée. C’est pourquoi certains processeurs, comme ceux de la série Intel Xeon Scalable, intègrent des technologies telles que le "Turbo Boost" pour ajuster dynamiquement la fréquence en fonction des besoins, minimisant la consommation électrique lorsque la charge de travail est faible.
L’optimisation chez Ataden
Chez Ataden, nous cherchons à optimiser cette consommation à travers différentes stratégies. D'abord, nous choisissons des CPU à faible consommation énergétique, comme les processeurs ARM. Ces processeurs, historiquement utilisés dans les smartphones et tablettes, sont de plus en plus intégrés dans les serveurs, notamment pour leur efficacité énergétique.
Ensuite, nous utilisons des systèmes de refroidissement optimisés et des logiciels qui ajustent la charge des CPU en fonction des besoins, afin de réduire le gaspillage énergétique dû à la dissipation thermique. Nos serveurs sont si efficaces qu'ils n'ont besoin que d'une simple ventilation, réduisant ainsi considérablement notre empreinte carbone.
