Les centres de données, piliers de l’infrastructure numérique mondiale, font face à des enjeux énergétiques croissants. Une visite virtuelle d’un centre Google dans l’Iowa révèle l’ampleur de la consommation électrique nécessaire pour maintenir l’internet en fonctionnement continu. Face à cette réalité, des chercheurs explorent des solutions innovantes pour réduire l’empreinte énergétique de ces installations essentielles.
Les centres de données, véritables poumons de l’internet, consomment une quantité considérable d’énergie. Matthew Panthani, professeur associé de génie chimique et biologique à l’Université d’État de l’Iowa, explique : «Lorsque vous utilisez votre ordinateur, il chauffe. Quand le processeur effectue des calculs, il utilise de l’énergie. Cela produit de la chaleur, qui est de l’énergie gaspillée.»
La situation s’aggrave avec l’avènement de l’intelligence artificielle. Matthew Panthani souligne : «Il y a une énorme augmentation de la consommation d’énergie aux États-Unis. Comment pouvons-nous résoudre ce problème ?»
Une consommation électrique en hausse
Selon une étude publiée en mai par EPRI, une organisation indépendante et à but non lucratif de recherche et développement énergétique, les centres de données pourraient consommer jusqu’à 9% de la production d’électricité américaine d’ici 2030, soit plus du double de la consommation actuelle.
L’étude attribue en partie cette augmentation à l’essor des outils d’intelligence artificielle. Une recherche utilisant l’IA nécessite environ dix fois plus d’électricité qu’une recherche internet traditionnelle. La génération de photos, vidéos et musiques par IA demande encore davantage d’énergie.
Pour répondre à ce défi, le Pr. Panthani propose une approche novatrice : «Utilisons la photonique intégrée. Utilisons la lumière pour transmettre des données sur les puces au lieu de l’électricité.»
Il explique : «La fibre optique a déjà résolu ce problème à l’échelle mondiale. C’est le même concept de déplacement des données avec la lumière. C’est efficace et rapide. Mais cela ne s’est pas encore produit avec les puces.»
Le principal obstacle réside dans les matériaux utilisés. Le silicium, matériau de choix pour les semi-conducteurs, n’émet pas de lumière.
Des recherches en cours
Le laboratoire du Pr. Panthani travaille depuis 2017 sur de nouveaux matériaux pour les circuits photoniques intégrés. Leur attention se porte actuellement sur le développement de feuilles d’un alliage silicium-germanium d’épaisseur atomique. Ces feuilles peuvent être empilées en couches séparées par des ions de métaux alcalins comme le lithium ou des sels, créant ainsi des semi-conducteurs en couches.
Une subvention de 552 000 dollars sur trois ans de la National Science Foundation soutiendra les derniers travaux de Panthani pour développer ces semi-conducteurs. Trois doctorants – Andrew Tan, Abhishek Chaudhari et Maharram Jabrayilov – contribueront à cet effort.
Les recherches de Panthani et de son équipe pourraient avoir des implications concrètes significatives. Comme l’indique le résumé du projet : «Les circuits photoniques intégrés ont le potentiel de conduire à des ordinateurs et des téléphones mobiles qui utilisent beaucoup moins d’électricité et fonctionnent plus rapidement.»
À terme, ces avancées pourraient réduire considérablement la consommation d’énergie et la production de chaleur nécessaires pour maintenir les centres de données en fonctionnement continu, non seulement dans l’Iowa, mais dans le monde entier.
