- La demande croissante de données et d'IA met à rude épreuve le réseau électrique et accélère la migration du cuivre vers la fibre optique dans les centres de données.
- Le cuivre a une consommation d'énergie plus élevée et des limitations de distance importantes par rapport à la fibre optique, ce qui oriente la conception des réseaux vers le 400G, le 800G et au-delà.
- La flexibilité est obtenue en combinant une conception modulaire, l'automatisation, une surveillance continue et une distribution électrique décentralisée grâce à des conduits préfabriqués.
- Les solutions sans cuivre, telles que l'alimentation par fibre optique pour les systèmes GNSS, permettent de distribuer les données et l'énergie via la fibre optique, améliorant ainsi la synchronisation et réduisant la complexité et les coûts.
Dans ce contexte, les « centres de données sans cuivre » et les architectures qui minimisent l'utilisation du cuivre émergent comme un moyen efficace de gagner en efficacité, en flexibilité et en durabilité : davantage de fibres optiques, des solutions d'alimentation par fibre optique , une distribution électrique modulaire et des conceptions qui tirent le meilleur parti de chaque watt et de chaque mètre de câble.
Demande galopante de données, d'IA et d'énergie
Le volume mondial d'informations ne cesse de croître : on estime qu'environ 181 zettaoctets de données seront créés et consommés dans le monde en 2025 , soit près de trois fois plus qu'au début de la décennie. Cette explosion exige des centres de données une bien meilleure évolutivité, capables d'accroître leur capacité de calcul et de stockage quasiment instantanément.
L'essor du cloud computing et de l'intelligence artificielle haute performance explique en grande partie cette évolution. Les modèles de langage massifs, l'analyse avancée des données, les services 5G et les applications en temps réel augmentent les besoins en bande passante, réduisent les marges de latence acceptables et accroissent considérablement les besoins énergétiques des infrastructures.
Selon les prévisions de BloombergNEF, les besoins en électricité liés au calcul de l'IA aux États-Unis pourraient plus que doubler d'ici 2035. Des dirigeants comme Jensen Huang (Nvidia) et Sam Altman (OpenAI) préviennent depuis longtemps que des investissements de plusieurs milliers de milliards de dollars dans de nouvelles infrastructures seront nécessaires pour soutenir cette nouvelle vague de centres de données et de complexes d'IA.
Cependant, le goulot d'étranglement ne réside plus tant dans les technologies spatiales ou serveur que dans l'approvisionnement en électricité et la capacité des réseaux de transport d'énergie . Dans de nombreux marchés, les infrastructures de transport sont obsolètes, les procédures réglementaires sont lentes et les délais de raccordement de nouveaux mégawatts au réseau s'étendent sur plusieurs années.
Le cas de Santa Clara : des bâtiments achevés impossibles à éclairer
Dans certains pôles technologiques, la situation est si critique que des centres de données, pourtant prêts à l'emploi, restent vides pendant des années, faute d'électricité. C'est le cas à Santa Clara, en Californie, ville natale de Nvidia et l'un des épicentres mondiaux du calcul.
Digital Realty, l'un des plus grands développeurs de centres de données au monde, a déposé en 2019 une demande de permis de construire pour un nouveau bâtiment à Santa Clara. Environ six ans plus tard, ce bâtiment de quatre étages et d'une superficie d'environ 40 000 mètres carrés reste vide, en attente d'alimentation électrique complète fournie par le fournisseur d'électricité municipal, Silicon Valley Power (SVP).
La situation est similaire pour Stack Infrastructure (désormais propriété de Blue Owl Capital), dont un projet voisin d'une capacité critique allant jusqu'à 48 mégawatts est également au point mort . Les deux promoteurs dépendent de la finalisation par SVP de la modernisation de son réseau électrique, un projet d'une valeur d'environ 450 millions de dollars, dont l'achèvement est prévu aux alentours de 2028.
Parallèlement, Santa Clara compte déjà plus de cinquante centres de données en exploitation ou en construction , ce qui témoigne du fait que la demande locale en capacité numérique dépasse largement la capacité de croissance du réseau électrique. Dans un tel contexte, chaque watt compte, et toute technologie permettant des économies d'énergie ou réduisant les pertes dans le câblage et la distribution devient essentielle.
Le problème n'est pas propre à la Californie : en Virginie du Nord, dans la célèbre « Data Center Alley » desservie par Dominion Energy, on signale des délais d' attente de un à trois ans, voire jusqu'à sept ans dans certains cas, pour le raccordement des grands centres de données . En Oregon, Amazon se plaint d'une alimentation électrique insuffisante pour plusieurs projets, illustrant les tensions croissantes entre les opérateurs et les fournisseurs d'énergie.
Que se passe-t-il avec le câblage du centre de données ?
Parallèlement aux problèmes d'alimentation électrique, la conception interne des centres de données est également en pleine transformation : le câblage en cuivre est de plus en plus supplanté par les solutions à base de fibre optique , notamment en raison de l'explosion des vitesses de transmission.
En quelques années seulement, le débit de 40 Gbit/s est devenu quasiment la norme, et les liaisons à 400 Gbit/s se généralisent dans les déploiements à hautes performances. L'industrie prévoit déjà des avancées significatives vers le 800Gbit/s, voire le 1,6 Tbit/s , conformément à la feuille de route Ethernet définie par l'IEEE. Maintenir ces débits avec le cuivre devient de plus en plus complexe, coûteux et énergivore.
Aujourd'hui, la fibre optique est devenue la norme sur la quasi-totalité du réseau des centres de données, de la couche d'agrégation à la couche cœur, ainsi qu'entre les salles et les bâtiments. Le dernier bastion du cuivre réside dans les liaisons courtes entre les commutateurs et les serveurs au sein d'une baie ou à proximité immédiate , où les câbles à paires torsadées ou les DAC sont encore utilisés pour les très courtes distances et les débits modérés.
On prédit depuis des années la disparition du cuivre dans les centres de données, et bien qu'il ait réussi à durer plus longtemps que prévu, la combinaison des limitations de distance, des besoins énergétiques toujours croissants et de la pression pour concevoir des centres de données économes en énergie nous pousse vers un nouveau tournant.
Consommation d'énergie : le talon d'Achille du cuivre
L'un des principaux problèmes du cuivre dans les environnements à haut débit réside dans sa consommation énergétique nettement supérieure à celle de la fibre optique . Au-delà de 10 Gbit/s, les déploiements sur paires torsadées (UTP/STP) ont quasiment disparu des environnements critiques en raison de leurs limitations de conception et d'efficacité.
Dans une liaison cuivre, chaque extrémité doit alimenter la signalisation électrique du canal . Les émetteurs-récepteurs cuivre 10G consomment généralement entre 3 et 5 watts chacun. Cela peut paraître insignifiant, mais multiplié par des milliers de ports, l'impact sur le budget énergétique et le refroidissement du centre de données devient considérable.
En comparaison, les modules en cuivre consomment près de dix fois plus d'énergie que de nombreux émetteurs-récepteurs à fibre multimode équivalents . À cela s'ajoute le coût indirect de la dissipation de la chaleur supplémentaire générée, ce qui nécessite un surdimensionnement des systèmes de climatisation et de gestion thermique, augmentant ainsi les coûts d'exploitation.
Si l'on tient compte du coût de compensation de la chaleur supplémentaire, les dépenses d'exploitation liées au cuivre peuvent facilement doubler celles d'une infrastructure à fibre optique . Dans un contexte de marges énergétiques de plus en plus réduites et de pressions réglementaires croissantes sur l'efficacité énergétique, cet écart est crucial.
Perte de signal et limitations de distance du cuivre
L'autre limitation majeure du cuivre est la perte de signal lorsque la vitesse et la distance augmentent . Les signaux électriques subissent une atténuation et sont limités par les capacités des circuits intégrés spécifiques (ASIC) et les techniques de compensation nécessaires au maintien de l'intégrité du signal le long de la liaison.
À très haute vitesse, la puissance nécessaire pour parcourir même de courtes distances avec du cuivre augmente considérablement , ce qui contredit totalement l'objectif de réduction de la consommation énergétique. Même les câbles DAC à courte portée commencent à présenter ces limitations, complexifiant des conceptions auparavant relativement simples.
L'augmentation de la capacité des commutateurs change la donne. Aujourd'hui, un seul commutateur 1U peut desservir plusieurs baies de serveurs . Aux débits exigés par les applications modernes, le câblage en cuivre ne permet plus de couvrir de telles distances, même dans des couloirs relativement étroits, sans impacter excessivement la consommation d'énergie.
De ce fait, de nombreux opérateurs abandonnent le modèle classique « en haut de baie » basé sur des liaisons cuivre courtes et adoptent des architectures avec des commutateurs d'agrégation placés en milieu ou en bout de rangée, supportés par un câblage structuré, principalement en fibre optique. Cette approche réduit la complexité, améliore l'évolutivité et contribue à optimiser les trajets des signaux et la consommation d'énergie.
Vers des réseaux internes orientés vers le 800G et le 1,6T
L'objectif d'atteindre 800 Gbit/s et 1,6 Tbit/s n'est pas une ambition lointaine, mais une nécessité pratique pour répondre à l'explosion de la bande passante, à la réduction de la latence et à l'essor de l'IA, de l'IoT et de la virtualisation massive . Les fournisseurs de services hyperscale préparent déjà leurs infrastructures en tenant compte de ces évolutions majeures.
Dans ce contexte, le câblage structuré en fibre optique offre une solution d'avenir évidente. Les architectures basées sur des infrastructures à 16 fibres permettent une montée en puissance maîtrisée vers ces débits élevés, en utilisant efficacement la bande passante disponible et en facilitant l'agrégation et la désagrégation des liens.
Une conception bien planifiée à 16 fibres peut, par exemple, permettre à un seul commutateur haute capacité de desservir environ 192 serveurs , facilitant des tâches telles que la configuration et la gestion d'un serveur , avec des gains notables en termes de latence, d'utilisation des ports et de coût total par bit transporté.
Les fabricants spécialisés indiquent que de nombreux centres de données d'entreprises et de clouds publics de grande envergure ont atteint un point critique où l'investissement dans la fibre optique jusqu'au serveur est l'option la plus rationnelle . Ils s'inspirent des environnements hyperscale et concluent que reproduire ces stratégies à leur propre échelle est le seul moyen de rester compétitifs.
Cela ne signifie pas pour autant que le cuivre disparaîtra complètement : il subsistera des niches à faible bande passante et à très courte distance où la différence de prix justifie son utilisation, notamment dans les petits centres de données ou les scénarios moins exigeants. Mais son importance diminue et son usage devient de plus en plus spécifique.
Le rôle de la fibre en Amérique latine et dans d'autres marchés émergents
La transition vers des solutions dominées par la fibre optique ne se limite pas aux grands centres nord-américains ou européens. En Amérique latine, l'adoption de la fibre optique connaît une croissance rapide , jetant les bases de réseaux de centres de données plus modernes et plus efficaces.
Des données récentes de l'OCDE montrent que des pays comme le Costa Rica ont connu une croissance du déploiement de la fibre optique de près de 74 % en une seule année , tandis que la Colombie et le Mexique ont enregistré des augmentations respectives de 43 % et 36 % au cours de la même période analysée.
Ce bond en avant ne signifie pas que le cuivre sera éliminé du jour au lendemain, mais il reflète un net changement d'orientation des investissements vers l'infrastructure de fibre optique , notamment dans les segments de réseau où les avantages en termes de distance, de capacité et de consommation sont les plus évidents.
En pratique, on observe un écosystème hybride où la fibre optique est réservée aux liaisons principales, à l'agrégation et aux segments de réseau critiques , tandis que le cuivre est réutilisé dans des contextes très localisés. À mesure que le coût de la fibre diminue et que les solutions prêtes à l'emploi s'améliorent, l'argument économique en faveur du développement continu des infrastructures en cuivre s'affaiblit.
Flexibilité : le mot clé de l'infrastructure des centres de données
Au-delà du type de câble, le mot le plus fréquemment répété dans les conceptions modernes est « flexibilité ». Face à l'évolution des charges de travail, à la rapidité des évolutions technologiques et à la volatilité croissante des besoins énergétiques, les centres de données doivent pouvoir s'adapter sans interruptions prolongées ni projets de construction massifs.
Du point de vue électrique, la continuité de service est essentielle : toute interruption d’alimentation peut entraîner des pertes de données, des pannes coûteuses et nuire à la réputation . Par conséquent, la fiabilité, la redondance et la résilience sont des piliers fondamentaux de la conception des réseaux de distribution électrique.
Dans le même temps, les opérateurs subissent une pression croissante pour réduire leur empreinte carbone et améliorer leur efficacité énergétique . Selon l'Agence internationale de l'énergie, les centres de données et les réseaux de communication représentent déjà entre 2 % et 3 % de la consommation mondiale d'électricité et environ 1 % des émissions de gaz à effet de serre.
Bien que les estimations varient, tout porte à croire que ce chiffre augmentera dans les années à venir si des mesures d'optimisation décisives ne sont pas prises . Dans ce contexte, disposer d'une infrastructure permettant la reconfiguration de la charge, l'augmentation de la capacité ou l'intégration de nouvelles technologies sans avoir à repenser la moitié du bâtiment constitue un atout concurrentiel majeur.
Mesures clés pour un centre de données flexible
Pour atteindre cette flexibilité, les opérateurs de centres de données s'appuient sur plusieurs stratégies complémentaires qui influent à la fois sur le matériel et sur les couches de gestion et d'exploitation. Parmi les plus importantes figurent la conception modulaire, l'automatisation avancée, la surveillance continue et la distribution décentralisée de l'énergie.
Tout d'abord, la conception et l'infrastructure modulaires permettent d' étendre ou de reconfigurer les zones du centre de données avec un impact opérationnel minimal . Les salles modulaires, les baies préfabriquées, les allées chaudes et froides encapsulées et les solutions préassemblées facilitent les migrations rapides et réduisent les risques.
L'automatisation et l'orchestration jouent également un rôle central : les outils intelligents de gestion des ressources permettent l'équilibrage de charge, l'équilibrage du trafic, l'optimisation de l'utilisation des serveurs et la prise en charge des pics de demande en temps réel, avec moins d'intervention manuelle et une marge d'erreur humaine réduite.
De plus, les solutions de surveillance et d'analyse en temps réel offrent une visibilité sur la consommation d'énergie, les températures, l'utilisation des ports et d'autres paramètres clés. Des algorithmes d'analyse prédictive peuvent ensuite être appliqués à ces données pour anticiper les pannes, détecter les inefficacités et planifier les extensions avec plus de précision.
Enfin, l'idée d'une distribution électrique décentralisée basée sur des conduits électriques préfabriqués gagne du terrain , ce qui rapproche l'énergie des lieux où elle est nécessaire, réduit les pertes et facilite la croissance par modules sans interruption de service ni travaux internes majeurs.
Distribution électrique décentralisée et conduits préfabriqués
Dans les grandes salles informatiques, la distribution électrique traditionnelle, très centralisée, peut s'avérer rigide et inefficace. En décentralisant une partie de cette distribution et en rapprochant les points de distribution des charges , on obtient plusieurs avantages importants pour les opérations quotidiennes.
L'un des premiers avantages est la réduction des pertes de transmission . Si les lignes électriques sont plus courtes et mieux adaptées à la consommation réelle, chaque watt fourni est utilisé plus efficacement, et les chutes de tension ainsi que l'échauffement des conducteurs sont réduits.
Elle améliore également la fiabilité : une architecture décentralisée minimise l’impact d’une panne unique . Au lieu qu’un seul point critique mette hors service une vaste zone, les incidents sont circonscrits à des sections plus petites, facilitant la redondance et la maintenance sans affecter l’ensemble du centre de données.
En matière d'évolutivité, les conduits électriques préfabriqués permettent d' ajouter des modules d'alimentation ou de nouvelles dérivations quasiment instantanément , avec des temps d'installation considérablement réduits par rapport aux solutions de câblage traditionnelles. Il en résulte une plus grande flexibilité pour l'intégration de nouvelles baies ou l'adaptation des densités de charge.
De plus, la possibilité de placer stratégiquement les éléments de distribution électrique dans la pièce vous offre la liberté de concevoir plus efficacement les couloirs, les flux d'air et les chemins de câblage des données, un point particulièrement important dans les environnements à haute densité où chaque centimètre compte.
Exemple de solution : Canalisation des barres omnibus de la voie I-Line
Un bon exemple de cette approche est celui des solutions de conduits électriques préfabriqués de type busway , comme le système I-Line Track Busway , spécialement conçu pour les salles informatiques et les centres de données modernes. Ce sont des systèmes robustes et modulaires conçus pour offrir sécurité, flexibilité et efficacité.
Le conduit de la voie électrique I-Line, par exemple, est certifié conforme à la norme CEI 61439-6 et utilise du cuivre de très haute pureté (environ 99,9 %), ce qui lui confère une conductivité supérieure à 98 %. Ce niveau de qualité du conducteur est essentiel pour minimiser les pertes et garantir une alimentation électrique stable.
Parmi ses caractéristiques, on trouve un système de connexion rapide des boîtes de dérivation , permettant de raccorder les circuits de dérivation en quelques secondes grâce à des pinces flexibles assurant un contact électrique optimal. Ceci réduit considérablement le temps d'installation et le risque d'erreurs de raccordement.
Il comprend également des ancrages de type Easy Lock, une solution primée pour fixer fermement les boîtes au conduit , ainsi que des blocs de jonction qui garantissent une connexion électromécanique fiable entre les sections, avec des systèmes de fixation conçus pour un assemblage rapide en environnement de production.
Le boîtier en aluminium comporte des fentes permettant d'accueillir des bus de communication supplémentaires, voire des câbles à fibres optiques , par exemple pour la surveillance thermique continue du pipeline. De plus, les systèmes de surveillance en tête de réseau permettent de contrôler la consommation d'énergie, les niveaux de charge et les alarmes, offrant ainsi une visibilité et une sécurité accrues.
Enfin, les boîtes de jonction offrent généralement une capacité suffisante pour loger les dispositifs de protection, les dispositifs de signalisation et les prises de courant , et sont conçues pour être installées et retirées en toute sécurité, ce qui facilite grandement les tâches de maintenance et d'extension sans compromettre le fonctionnement.
Liaisons de données et d'alimentation sans cuivre : le pari sur l'alimentation par fibre optique
Au-delà du simple remplacement du cuivre par la fibre optique pour le transport des données, certains fabricants vont encore plus loin avec des solutions qui éliminent même le cuivre de l'alimentation électrique de certains équipements , notamment dans les applications critiques de synchronisation et de signalisation.
HUBER+SUHNER en est un exemple frappant : l’entreprise a développé une liaison de données et d’alimentation entièrement sans cuivre, intégrée à sa solution technologique GNSS (Système mondial de navigation par satellite) et PoF (Power over Fiber). Ce type de système présente un intérêt particulier pour les centres de données et les environnements 5G qui exigent une synchronisation temporelle extrêmement précise.
Traditionnellement, les antennes GNSS étaient alimentées par des câbles en cuivre transportant à la fois l'alimentation et le signal , souvent complétés par un câble dédié à l'alimentation. Cette configuration complexifie le déploiement, alourdit le câblage et limite la portée.
La solution d'alimentation par fibre optique GNSS de HUBER+SUHNER élimine le besoin d'un câble d'alimentation séparé en utilisant la fibre optique elle-même pour transporter simultanément le signal et l'alimentation vers l'antenne. Ceci simplifie l'installation, réduit le temps de déploiement et minimise la dépendance aux goulottes d'alimentation dans les plafonds ou les niches difficiles d'accès.
L'un des principaux avantages de cette approche est qu'elle permet d'accroître la distance entre l'émetteur et le récepteur de quelques mètres à plusieurs kilomètres , sans la dégradation du signal ni les limitations imposées par le cuivre. Ceci offre une bien plus grande flexibilité pour la distribution des signaux GNSS via l'infrastructure de fibre optique interne d'un bâtiment ou d'un campus.
Avantages du GNSS et de l'alimentation par fibre optique dans les centres de données
Les signaux satellitaires atteignent rarement avec une puissance suffisante les espaces intérieurs très isolés, tels que les salles de centres de données , en raison du blindage offert par la structure même du bâtiment. En combinant la réception GNSS extérieure et la distribution intérieure par fibre optique, des références temporelles précises peuvent être fournies aux zones qui en ont réellement besoin.
Cette combinaison permet de distribuer les signaux GNSS de manière sûre, fiable et robuste dans tout le bâtiment, améliorant ainsi la synchronisation des équipements réseau, des systèmes de télécommunications et des applications qui dépendent de temps de référence très précis.
L'utilisation de la fibre optique comme support de distribution d'énergie et de signal permet d'atteindre une distance de référence temporelle quasi illimitée, tout en réduisant la sensibilité aux interférences électromagnétiques . Contrairement au cuivre, la fibre optique ne se comporte pas comme une antenne parasite, améliorant ainsi la qualité des signaux distribués.
Pour les fournisseurs et les opérateurs, cela signifie pouvoir tirer parti de l'infrastructure fibre existante , en ne payant que pour la capacité réellement utilisée et en prévoyant une marge d'expansion future sans avoir à tout recâbler. C'est une stratégie résolument tournée vers l'avenir, parfaitement en phase avec la philosophie des centres de données modulaires et évolutifs.
Sur le plan opérationnel, en évitant le câblage en cuivre supplémentaire et en utilisant le même chemin de fibre optique pour l'alimentation et le signal, les coûts d'installation, les délais de déploiement et les points de défaillance potentiels sont réduits , ce qui est très appréciable dans les environnements où les fenêtres de maintenance sont minimales.
L'ensemble de ces tendances – la migration du cuivre vers la fibre optique, la décentralisation de la distribution électrique, l'adoption de conduits préfabriqués et l'émergence de liaisons électriques sans cuivre comme l'alimentation par fibre optique – pousse les centres de données vers des architectures plus efficaces, résilientes et évolutives . Ceux qui sauront combiner efficacement ces éléments seront mieux placés pour faire face à la croissance exponentielle de la demande de données, atteindre les objectifs de développement durable et s'adapter aux prochaines évolutions technologiques sans avoir à repartir de zéro à chaque fois.
