Qu'est ce qu'un jumeau numérique d'un data center ?

Les data centers sont devenus des éléments essentiels de l’infrastructure informatique moderne, permettant aux entreprises de stocker, de gérer et de traiter des grandes quantités de données de manière efficace. Cependant, les problématiques de gestion des data centers peuvent être nombreuses et complexes.

Complexité de la gestion : Les data centers sont constitués de milliers d’équipements interconnectés, allant des serveurs aux unités de stockage en passant par les équipements de refroidissement et d’alimentation électrique. La gestion de l’ensemble de ces éléments peut être très complexe et nécessiter une expertise technique importante.
Coûts élevés : Les data centers peuvent représenter une dépense importante pour les entreprises, avec des coûts élevés pour l’acquisition des équipements, la mise en place de l’infrastructure et la gestion des installations. Les coûts d’énergie pour alimenter les équipements et maintenir des températures appropriées sont également significatifs.
Maintenance : La maintenance des équipements dans un data center est essentielle pour garantir le bon fonctionnement des systèmes et la continuité des services. Cela peut impliquer des arrêts planifiés pour les mises à jour et les réparations, ce qui peut entraîner une interruption temporaire des services.
Évolutivité : Les besoins des entreprises en matière de stockage et de traitement de données peuvent évoluer rapidement, et les data centers doivent être en mesure de s’adapter à ces changements. Cela peut nécessiter des investissements supplémentaires dans l’infrastructure et les équipements.
Sécurité : Les data centers peuvent contenir des informations sensibles et confidentielles, ce qui en fait une cible potentielle pour les cyberattaques. La sécurité des installations est donc essentielle pour garantir la confidentialité et la sécurité des données stockées.

C’est là qu’interviennent les jumeaux numériques. Ces répliques virtuelles des équipements et des systèmes physiques offrent aux gestionnaires de data centers une vue complète et précise de leur infrastructure. Les jumeaux numériques peuvent aider à surveiller en permanence les équipements et les systèmes, à prédire les pannes potentielles, à améliorer l’efficacité énergétique et à planifier les mises à niveau et les réparations.

Dans ce document, nous allons explorer comment les jumeaux numériques peuvent être utilisés dans les data centers pour améliorer la gestion des équipements, réduire les coûts d’exploitation et améliorer la durabilité. Nous allons également examiner les avantages de cette technologie pour les entreprises et les organisations, ainsi que les défis potentiels associés à sa mise en œuvre.

Qu’est-ce qu’un data center ?

À l'intérieur d'un data center : machines puissantes et refroidissement sophistiquées

Un data center est un centre de données qui contient un grand nombre d’équipements informatiques essentiels au stockage, au traitement, à la gestion et à la gestion et à la diffusion des milliards de données. Ces données sont stockées dans des systèmes de stockage comme les baies de disques durs, des dispositifs de stockage en réseau ou en cloud. Elles sont traitées dans des milliers de serveurs hébergeant aussi des applications Avec tout cela, la puissance d’un data center peut atteindre des puissances de 100 mégawatts (MW).

Les data centers sont des lieux particulièrement sécurisés par des systèmes de sécurité et surveillance car ils contiennent beaucoup d’informations confidentielles. Ce sont aussi des lieux climatisés pour permettre le bon fonctionnement des serveurs et autres machines générant des calories. De nombreux systèmes de refroidissement sont présents pour maintenir la température à une valeur optimale. De plus, ils sont équipés de nombreux systèmes d’alimentation redondants afin de pouvoir fonctionner sans interruption et donc de garantir la disponibilité continue des services en cas de défaillance matérielle ou de coupure de courant. Ces systèmes peuvent être des générateurs de secours et/ou des systèmes d’onduleurs.

Ces centres de données jouent un rôle fondamental dans l’infrastructure de l’internet et de l’informatique moderne, contribuant à la gestion et à la disponibilité de services en lignes utilisés quotidiennement.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique d’un data center ?

Le jumeau numérique : une représentation virtuelle puissante de notre monde physique

Un jumeau numérique, ou digital twin, est une représentation visuelle complète et fidèle d’un objet physique sur l’ensemble de son cycle de vie. Il utilise les données en temps réel des capteurs de l’objet afin de simuler son comportement en permanence et surveiller ses opérations, ses performances, d’anticiper les défaillances et prendre des décisions.

Le jumeau numérique est basé sur la transmission d’information à très haut débit, comme la fibre optique ou la 5G (ou réseau 6G dans plusieurs années). Il est développé autour de l’Internet des objets (OIT) et de l’intelliengence artificielle (IA), particulièrement du machine learning ou deep learning. En effet, le jumeau numérique fait des prédictions, puis, il observe la différence entre ces dernières et la réalité afin d’apprendre et d’affiner ces prévisions par la suite.

Le jumeau numérique est ressemblant à une simulation complexe et pourtant une grande différence les sépare. Les simulations modélisent aussi les systèmes réels et simulent leur comportement. Ce dernier ne pourra être qu’une indication sur le comportement réel de l’objet ou du système et non la réalité. Le jumeau numérique a la possibilité de modéliser le rapport exact du produit ou système à la réalité ainsi que l’ensemble de son cycle de vie grâce à ses données acquises en temps réel.

Différents types de jumeau numérique

La technologie des jumeaux numériques reste globalement la même mais on peut les différencier par leur type d’application.

Les jumeaux numériques de produit

Les jumeaux numériques permettent de reproduire intégralement tous les composants d’un produit physique dans un environnement virtuel. Cela offre la possibilité d’analyser les résultats sous différentes conditions et de procéder à des ajustements dans le monde virtuel, de sorte que le prochain produit physique fonctionne exactement comme prévu sur le terrain. Ce type de jumeau numérique facilite la prise de décisions éclairées concernant la conception et la production du produit. L’objectif ultime est donc d’améliorer le produit, d’éviter la multiplication de prototypes physiques et de minimiser les risques potentiels associés à sa conception.

Les jumeaux numériques de processus

Un jumeau numérique de processus permet de vérifier l’efficacité d’un processus de fabrication ou d’une chaîne de production dans l’atelier avant de le mettre en production grâce à des simulations. Il offre une vue complète de chaque produit sortant de la ligne de production. On peut créer des jumeaux numériques pour l’ensemble des systèmes de fabrication. Les données collectées, des fournisseurs et des matières premières jusqu’au produit final, permettent de prédire le moment où un entretien préventif sera nécessaire. En conséquence, les opérations de fabrication gagnent en rapidité, en efficacité et en fiabilité.

Les jumeaux numériques de systèmes

Ces jumeaux numériques traitent numériquement des systèmes entiers afin de comprendre des processus ou des chaînes de production. Cela permet également de déterminer si la synchronisation entre tous les systèmes est fonctionnelle et efficace, mais aussi d’améliorer l’efficacité du système entier de production et du produit.

Le jumeau numérique fait ses premiers dans le bâtiment

La technologie du jumeau numérique est semblable à l’association entre la GTB (Gestion Technique du Bâtiment) et le BIM (Building Information Modeling) dans le bâtiment.

BIM (Building Information Modeling)

Le BIM crée un modèle numérique du bâtiment qui vise à centraliser toutes les données et informations liées à un projet de construction dans un modèle 3D intelligent et interactif. Ce modèle contient non seulement un modèle 3D complexe du bâtiment mais aussi des caractéristiques non géométriques comme les matériaux, les coûts, les délais, les performances énergétiques et les données d’exploitations et de maintenance. Les différentes parties prenantes peuvent interagir en temps réel sur un même modèle et partager beaucoup d’informations diverses et variées. C’est une manière de simuler et visualiser un projet avant même qu’il ne commence afin de repérer les défauts d’efficacité et failles dans le coût et les ressources. Le BIM a un caractère superviseur permettant de rectifier les erreurs d’un projet avant qu’il ne soit mené. De plus, il peut être mis à jour tout au long de son cycle de vie dans le but de gérer au mieux les bâtiments.

GTB (Gestion Technique du Bâtiment)

La gestion efficace des fonctions techniques, des équipements et des ressources se fait quant à elle grâce à la technologie de la GTB. Cela permet de réduire la consommation énergétique du bâtiment, alors appelé “smart building”, lorsqu’il est en exploitation. Les systèmes impliqués sont par exemple les systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation, d’éclairage et de sécurité. La manière dont ces bâtiments sont gérés a un impact direct sur leur performance énergétique et sur le confort des habitants.

Complémentarité des jumeaux numériques

Ces deux technologies sont donc complémentaires et offrent une meilleure optimisation des performances d’un bâtiment lorsqu’elles sont combinées. En effet le BIM est axé sur la création et la gestion d’un modèle numérique collaboratif tout au long du projet de construction, intégrant des informations de conception et de construction. En revanche, la GTB se concentre sur la gestion des systèmes techniques du bâtiment en exploitation pour maximiser leur efficacité. L’utilisation conjointe de ces deux approches permet d’améliorer la planification, la conception, la construction, l’exploitation et la maintenance des bâtiments de manière plus efficiente et intégrée.

Le jumeau numérique de data center est similaire à la fusion du BIM et de la GTB car il est doté de toutes les fonctions de ces deux technologies, ce qui le rend particulièrement complet et avec beaucoup d’informations.

Supervision d’un data center

Comparaison : supervision des datacenters avec ou sans jumeau numérique

Une supervision des data centers est envisageable sans jumeau numérique. Elle se fait grâce à des systèmes de gestion et de surveillance classiques. Les données de températures, d’humidité, de consommation d’énergie et de performance des différents capteurs sont collectées et analysées pour surveiller l’état du centre de données.

Cette supervision sera moins efficace et moins performante qu’une supervision avec un jumeau numérique. En effet le jumeau numérique est une représentation virtuelle en temps réel de toutes les données physiques et opérationnelles du data center, ce qui permet une surveillance complète et détaillée de ses performances. Son utilisation offre de nombreux avantages :

Précision

En l’absence d’un jumeau numérique, il devient plus difficile d’avoir une vue exhaustive et précise de toutes les données opérationnelles et des interactions complexes entre les équipements du data center. Par conséquent, cela pourrait entraîner une surveillance partielle et empêcher la détection de certains problèmes potentiels.

Réactivité

La détection des problèmes peut être plus lente lorsque la surveillance n’est pas en temps réel, ce qui peut entraîner des retards dans les interventions et la résolution des problèmes.

Optimisation des performances

La capacité à prédire des scénarios grâce aux données présentes et antérieures des capteurs est propre au jumeau numérique. Sans cette faculté, l’optimisation des performances est plus limitée et moins précise.

Le rôle du jumeau numérique dans un data center

Le jumeau numérique est une technologie révolutionnaire des data centers car il permet d’optimiser leur efficacité, leur gestion des ressources, leur sécurité et les prises de décisions.

Prévenir les maintenances

La collecte et l’analyse des données des équipements par le jumeau numérique permettent de surveiller les conditions environnementales, telles que l’humidité, la température, la consommation d’énergie. Il est alors possible de savoir en permanence l’état de l’équipement et ainsi de détecter des signes avant-coureurs de défaillances des équipements. Une maintenance est alors possible avant qu’un problème majeur n’apparaisse. De la même manière, le jumeau numérique détermine au préalable les besoins futurs de consommations des différents systèmes composant le data center, comme les systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation, d’éclairage et de sécurité. Cette perspective offre un moyen de gestion de la capacité des data centers afin de subir une expansion ou de consolider son infrastructure si besoin.

Optimisation d'énergie

La consommation énergétique du data center est obtenue grâce à la consommation de tous les équipements et systèmes qu’il contient. Le jumeau numérique est en capacité d’analyser cette consommation et par conséquent de déterminer les zones moins efficaces. Cela aide à mettre en œuvre des stratégies d’optimisation énergétique pour réduire les coûts et l’empreinte environnementale.

Un outil de prévision et de planification

Grâce à la faculté de prédiction du jumeau numérique, il peut être utilisé pour réaliser des tests. Son but est de prédire des situations de changement avant même que les nouvelles configurations matérielles ou logicielles soient faites. Des exemples de changements sont la mise en place de nouvelles machines, la réorganisation du câblage, l’ajustement de la climatisation, etc. Ses prédictions sur les risques d’erreurs et de dysfonctionnement pouvant apparaître permettent de valider ou non certains changements avant leur réalisation physique.

Etude CFD des data centers

Simulation de pannes dans les datacenters : comment le jumeau numérique prépare-t-il à l'imprévu ?

Le jumeau numérique est en capacité de réaliser des études thermoaéraulique de data center. Tout comme la simulation CFD, il peut rechercher les points chauds de l’espace et proposer des dimensionnements climatiques optimisés. Il est aussi capable de proposer des optimisations énergétiques. En effet, le jumeau numérique peut déterminer la température idéale de soufflage des appareils à l’aide de ses simulations de différents scénarios de charge et de refroidissement. La réduction de cette température entraînera une diminution de l’énergie nécessaire aux appareils et une réduction des coûts associés.

Un des rôles clés du jumeau numérique est son analyse critique. Ces analyses critiques consistent à simuler plusieurs scénarios de pannes, donc de l’arrêt d’un ou plusieurs systèmes, et d’observer ce qu’il se passe. En cas de défaillance de systèmes, la température monte très rapidement, il est donc important d’avoir prévu au préalable des systèmes adéquats permettant de diminuer cette température.

Etude CFD externe des data centers

L'importance des études CFD externes dans la résilience des datacenters face aux conditions extrêmes

Les études thermoaéraulique externe des data centers, menées à partir de la CFD, consistent à étudier le déplacement de l’air et les vents à l’extérieur du data center. Les conditions extérieures ont un impact sur les performances des différents équipements composants le data center. EOLIOS réalise ces études externes afin de s’assurer d’un fonctionnement optimal du data center même dans les circonstances les plus extrêmes. Pour cela plusieurs scénarios sont réalisés dans différents modes opérationnels et différentes conditions météorologiques. Ces études CFD externes permettent de compléter l’évaluation des risques, d’optimiser la conception et de réduire la consommation énergétique du centre de données.

Des défis potentiels des jumeaux numériques à ne pas négliger

Bien que les jumeaux numériques offrent de nombreux avantages pour la gestion des data centers, leur utilisation peut également présenter des défis potentiels.

Coût initial élevé : La création d’un jumeau numérique peut être un processus coûteux, nécessitant des investissements en équipements et en logiciels de simulation sophistiqués, en particulier concernant la mécanique des fluides et la CFD.

Complexité : Les data centers sont des environnements complexes, avec de nombreux équipements et systèmes interconnectés. La création d’un jumeau numérique précis peut être un processus complexe qui nécessite une compréhension approfondie de l’infrastructure et de ses interactions.
Besoin de données précises : Pour être efficace, un jumeau numérique doit être alimenté par des données précises et à jour. Cela peut nécessiter une surveillance constante de l’infrastructure et une collecte de données automatisée, ce qui peut être difficile à mettre en œuvre.
Intégration avec les systèmes existants : L’intégration d’un jumeau numérique dans les systèmes de gestion existants peut être un défi, car il peut nécessiter des modifications importantes aux processus et aux outils existants.
Confidentialité et sécurité : Les données collectées par un jumeau numérique peuvent être sensibles et doivent être protégées contre les accès non autorisés.

Présentation du logiciel 6SigmaRoom

EOLIOS utilise la simulation CFD pour calculer et visualiser en 3D les flux d’air dans un espace. Nous offrons des aides à la décision en fournissant des indices de performance afin d’optimiser l’efficacité du refroidissement de la salle. En évitant les points chauds et en fournissant la quantité d’air adéquate pour le refroidissement de l’électronique, le logiciel garantit un bon fonctionnement. Le modèle complète du data center fait par 6SigmaRoom offre une gestion de bien d’autres aspects du site comme le câblage réseau ou la chaîne de distribution électrique.

6SigmaRoom est l’outil le plus utilisé pour la CFD de data center de toute taille. C’est un logiciel complet pour le jumeau numérique. Ce solver CFD est capable de faire une représentation 3D numérique du centre de données physique. Il s’occupe de la conception et de l’exploitation de data center. Il permet de simuler l’impact d’un ou plusieurs changements sur la capacité physique et l’efficacité de refroidissement d’un centre de données et donc de simuler des pannes. Son but est de concevoir des infrastructures fiables, résilientes et capables de fonctionner à leur capacité maximale tout en améliorant l’efficacité énergétique.

Les jumeaux numériques de data centers en résumé

Pour finir, les jumeaux numériques offrent un énorme potentiel pour améliorer la performance et la gestion des data centers. En utilisant les données collectées à partir des capteurs et sur le système réel, les jumeaux numériques peuvent aider à prévenir les pannes et à améliorer l’efficacité énergétique. Les data centers qui adoptent cette technologie peuvent bénéficier d’une surveillance plus précise, de coûts d’exploitation réduits et d’une meilleure durabilité à long terme.

Qu’est ce qu’un jumeau numérique d’un data center ?