L'évolution rapide des technologies informatiques, des processeurs de dernière génération aux cartes graphiques ultra-puissantes, en passant par les charges de travail exigeantes de l'intelligence artificielle, a rendu la gestion thermique un enjeu central. Qu'il s'agisse d'un ordinateur personnel haut de gamme ou d'un centre de données à l'échelle hyperscale, la dissipation efficace de la chaleur est cruciale pour maintenir les performances optimales et assurer la stabilité des systèmes. Le refroidissement liquide, longtemps réservé aux enthousiastes du PC, s'impose désormais comme une solution incontournable, explorant des applications de plus en plus sophistiquées.
Le Refroidissement Liquide dans les Configurations PC Hautes Performances: Étude de Cas PCSpecialist
Lors de notre visite de l’usine d’assemblage de PC du plus gros assembleur indépendant d’Angleterre, PCSpecialist, nous en avons profité pour leur commander une des configurations proposées afin d’en étudier les performances et la qualité d’assemblage. La configuration du jour prend place dans un boîtier Fractal Design Define S entièrement noir, avec une fenêtre latérale en plexiglass. Robuste, ce boîtier est taillé pour le refroidissement liquide avec de nombreux emplacements pour ventilateurs et radiateurs. La partie supérieure est largement aérée, bien que trois caches en plastiques soient toutefois livrés avec le boîtier ; ils seront ici inutiles étant donné la présence d’un des deux radiateurs.
La première chose à faire avant de brancher le PC est d’ôter les protections protégeant les composants lors du voyage. Le système de refroidissement étant livré déjà monté, il faut en effet le protéger de tout choc. D’emblée, on note l’extrême rigueur avec laquelle les composants, câbles et système de refroidissement liquide sont montés. Le système de refroidissement liquide regroupe divers éléments signés EKWB, un acteur reconnu dans le domaine. On trouve ainsi un waterblock GPU, un waterblock CPU, deux radiateurs de 240 mm (installé à l’avant avec deux ventilateurs de 120 mm en aspiration) et 360 mm (positionné sur le dessus avec trois ventilateurs de 120 mm en extraction). L'ensemble est complété par un réservoir de 150 ml et une pompe, et les tubes sont transparents afin de pouvoir admirer le liquide en train de circuler. Voici ce que tout ceci donne une fois en action ! La bande LED blanche est située en bas du boîtier, pour éclairer la configuration par dessous, ajoutant une touche esthétique à la conception fonctionnelle.
Avec un tarif dépassant les 3000 euros, la configuration testée de PCSpecialist pourrait à première vue paraître onéreuse, mais sa performance justifie cet investissement. Le bundle livré par PCSpecialist est complet, avec les différents accessoires et câbles, des autocollants, un CD et un manuel d’installation ainsi que toute la visserie nécessaire en cas d’ajout ultérieur de composants. La machine est un monstre de puissance, avec une qualité de montage et un câble management irréprochables, propulsée par un Core i7 8700K overclocké d’usine et une GeForce GTX 1080 Ti, le tout associé à un refroidissement liquide à la hauteur de ses prétentions.
Pour évaluer ses capacités, nous avons commencé par l’incontournable 3DMark et son test Time Spy. Celui-ci, compatible DirectX 12, permet pour rappel de tester les performances d’une configuration avec deux tests orientés GPU et un test orienté CPU. En plus de ces deux scores GPU et CPU, un troisième score global permet de comparer plus facilement une machine avec d’autres configurations. Avec un score 3DMark Time Spy dépassant la barre des 10000 points, nous sommes largement au-dessus du score nécessaire, selon Futuremark, pour pouvoir jouer en 4K.
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Pour évaluer le comportement de la configuration de PCSpecialist en jeu, nous avons sélectionné six jeux DirectX 12, testés en 1080p, 1440p et 4K avec les réglages les plus élevés possibles. Nous avons toutefois désactivé les fonctionnalités propres à l’un ou l’autre des constructeurs de GPU, tel que le HBAO+, afin d’éviter tout favoritisme dans de futures comparaisons. Nos tests confirment l’analyse de 3DMark : il est parfaitement possible de jouer en 4K avec cette configuration, avec plus de 65 images par seconde de moyenne, dans cette définition et avec les réglages maximum, avec nos six jeux sélectionnés.
Au-delà du jeu, nous avons examiné les performances du PC de PCSpecialist lors de l’encodage H.265 reposant sur le CPU. Un Core i7 8700K à 4,8 GHz (4,6 GHz en pratique avec les instructions AVX en action) démontre une vélocité impressionnante. On dépasse les 51 ips en 1080p et on atteint plus de 12 ips en 4K. À titre de comparaison, le Ryzen 5 1400 du Zotac Magnus ER51070 précédemment testé culminait à respectivement 16,86 ips en 1080p et 4,22 ips en 4K, soulignant la puissance du système testé. Le benchmark PCMark 10 de Futuremark est également un bon outil pour mesurer les performances d’une configuration dans des tâches bureautiques ou graphiques, attestant de la polyvalence de cette machine. Côté stockage, nous utilisons AS SSD et ses tests de copies de fichiers ISO, programmes et jeux (10 Go) pour obtenir une bande passante moyenne.
La consommation de notre Liquid Series de PCSpecialist a été mesurée directement à la prise afin de prendre en compte tous les paramètres, efficacité de l’alimentation comprise. Sans surprise, la consommation à la prise est élevée puisqu’on atteint en moyenne 370 à 380 W en jeu. La mesure “Max” correspond à la consommation maximale réelle qu’il est possible d’atteindre, hors test de torture avec des logiciels de benchs synthétiques, qui ne sont finalement pas réalistes comme nous l’avons constaté dans notre série de comparatifs de burn.
La configuration est livrée avec le système de refroidissement réglé en mode “Normal”. Pour nos tests, nous avons réglé la vitesse des ventilateurs au minimum au repos (la carte mère ne permet pas de les arrêter complètement) et la pompe à 60%. Nos réglages n’ont absolument aucun impact sur les fréquences CPU et GPU, et donc sur les performances. En optimisant les vitesses des ventilateurs, on gagne 4 dB(A) au repos et 2 dB(A) en charge maximale, ce qui est énorme, le tout sans impact vraiment négatif sur les températures CPU et GPU. En pratique, la machine est presque inaudible au repos, surtout avec nos réglages, et très discrète en charge.
Le système de refroidissement liquide étant particulièrement efficace, nous avons voulu savoir s’il était possible d’overclocker encore un peu plus le CPU. Après quelques tests, nous avons réussi à atteindre une fréquence de 5343,47 MHz (52 x 102,81 MHz), avec les six cœurs fonctionnels et l’Hyper-Threading actif. L’augmentation de la fréquence GPU et VRAM n’a pas vraiment d’impact sur le score Graphics et seul le score CPU augmente réellement grâce à notre overclocking. Au final, le gain est réel, mais très léger. L’overclocking du CPU et du GPU a forcément une incidence sur la consommation, mais elle est surtout à mettre au crédit du CPU. Qui dit consommation en hausse, dit également températures en hausse. Pour permettre de pousser le plus possible les composants, nous avons réglé la vitesse des ventilateurs et de la pompe au maximum. Au repos, les températures CPU et GPU restent très faibles. En charge en revanche, le processeur s’approche dangereusement de sa limite de throttling. Si le waterblock CPU est à la limite de ses possibilités, le waterblock GPU est en revanche très efficace, avec une température inférieure à celle atteinte avec les fréquences d’usine. Comment est-ce possible ? Il ne faut pas oublier que les ventilateurs et la pompe fonctionnent ici au maximum de leurs possibilités ! En poussant le système de refroidissement liquide au maximum de ses possibilités, condition indispensable pour augmenter la fréquence CPU, il était logique que nos oreilles souffrent. Un détail à noter, un autocollant Core i5 au lieu de Core i7 (sacrilège) !
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Analyse des Systèmes de Refroidissement Liquide Tout-en-Un (AIO) pour PC Individuels: Comparaison 240 mm vs 360 mm
Le choix d'un système de refroidissement liquide tout-en-un (AIO) pour un PC individuel dépend de plusieurs facteurs, notamment les contraintes d'espace, le budget et les objectifs de performance, en particulier pour l'overclocking. La comparaison entre les formats de radiateurs de 240 mm et 360 mm est un point de départ essentiel pour de nombreux utilisateurs.
Le format des kits AIO de 240 mm offre plusieurs avantages significatifs. Le premier avantage se trouve dans ses dimensions : entre 27 et 29 cm de long, environ 12 cm de large et une épaisseur qui ne dépasse pas les 3 cm. Ces dimensions le rendent compatible avec la plupart des boîtiers, en particulier avec la partie supérieure de ceux-ci, où l'installation est souvent la plus aisée. Comme deuxième avantage, ces systèmes sont beaucoup plus abordables que les kits AIO de 360 mm, ce qui les rend accessibles à un public plus large. En troisième lieu, il faut dire que leur performance thermique est vraiment bonne sans avoir les ventilateurs tournant à des RPM élevées. Nous disons toujours qu'un format de refroidissement liquide en soi ne garantit pas une meilleure performance qu'un dissipateur de tour, mais que nous devons bien étudier le modèle. C'est pourquoi, il existe des refroidissements liquides de 240 mm qui fournissent la même performance que d'autres de 360 mm. Pour terminer avec les pros, il faut noter que, malgré le fait qu'ils n'en aient que deux, nous pouvons voir des modèles avec des RPM élevées et un bruit (dB) contenu.
Cependant, les kits AIO de 240 mm ne sont pas sans inconvénients. Ils ne sont pas les plus recommandés pour un overclock extrême de votre CPU. Bien qu'ils puissent refroidir correctement la chaleur qui se produit en augmentant les tensions et les fréquences, ils peuvent ne pas maintenir le processeur à distance lors des pics de performance. Il est important de bien réfléchir : si l'objectif est un overclock extrême, il ne faut pas opter pour un kit de 70€, mais pour quelque chose de beaucoup plus puissant. En second lieu, l'utilisation d'un kit AIO pour le CPU suppose de sacrifier une zone du boîtier PC d'entrée et de sortie d'air juste pour dissiper la chaleur du processeur, ce qui peut impacter la circulation d'air globale du système. Le troisième inconvénient est clair : le bruit. À pleine performance, un refroidissement liquide de 240 mm fait plus de bruit qu'un de 360 mm. Avoir un ventilateur de moins entraîne que les deux ventilateurs doivent tourner plus vite pour compenser, ce qui génère plus de bruit. Un conseil important concernant l'installation de kits AIO de 240 mm sur des boîtiers mini-ITX est de faire attention, car cela va sacrifier beaucoup de ventilation. Si une carte graphique gaming est utilisée, il faut être particulièrement vigilant, car le composant qui chauffe le plus pendant le jeu est souvent la carte graphique, et non le CPU. Il faut donner à ce composant l'importance qu'il mérite, car il y a des jeux dans lesquels un Intel Core i5-12400 avec une fréquence juste se met au niveau d'un Intel Core i9-12900K en termes de FPS, ce qui met en lumière que la dissipation thermique du GPU est souvent la priorité dans un système de jeu compact.
En ce qui concerne le format de 3 ventilateurs, le 360 mm est le plus célèbre, bien qu'il soit important de souligner que la taille maximale des radiateurs peut atteindre 420 mm. Le premier pro de ces systèmes est la performance thermique qu'ils offrent, supportant des overclocks assez agressifs dans certains systèmes. La deuxième caractéristique vedette est la sonorité : les kits AIO de 360 mm sont plus silencieux parce qu'ils peuvent tourner à moins de RPM pour offrir le même niveau de refroidissement. Nous pourrions ajouter comme troisième pro l'esthétique, qui est plus imposante que le format de 2 ventilateurs, offrant une présence visuelle plus marquée dans un boîtier. Une recommandation à cet égard est d'acheter toute la ventilation de la tour de la même marque pour synchroniser le tout au maximum et éviter les différences d'éclairage.
Naturellement, les inconvénients des kits AIO de 360 mm commencent par le prix : un modèle décent et "économique" ne descend pas en dessous de 90€. Comme il ne pouvait en être autrement, les dimensions sont son deuxième grand inconvénient. La plupart mesurent 39 cm de long, 12 cm de large et 2,7-4 cm d'épaisseur, ce qui limite les options d'installation dans certains boîtiers. Il est souvent recommandé d'installer le kit AIO en haut du boîtier pour éviter la formation de bulles d'air et prolonger la durée de vie de la pompe. En troisième lieu, il est important de souligner qu'il y a des kits AIO de 360 mm qui n'améliorent pas beaucoup les performances thermiques d'autres de 240 mm (sans parler de 280 mm), ce qui renforce l'idée que le modèle spécifique et sa qualité de conception sont plus importants que la simple taille du radiateur.
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L'Innovation en Refroidissement Liquide pour les Infrastructures d'Intelligence Artificielle et les Centres de Données
Les charges de travail liées à l'IA et au calcul haute performance ont exercé une pression sans précédent sur l'infrastructure des centres de données. La dissipation thermique est devenue l'un des goulots d'étranglement les plus difficiles à résoudre, les méthodes traditionnelles telles que la circulation d'air et les plaques froides étant de moins en moins capables de suivre le rythme des dernières générations de puces. Le coût du refroidissement d'un centre de données représente également une dépense significative. Selon l'analyse du coût total de possession (TCO) des infrastructures d'IA pour 2025, plus de 45 à 47 % du budget énergétique des centres de données est généralement consacré au refroidissement, et ce chiffre pourrait atteindre 65 à 70 % si l’on n’améliore pas l'efficacité des méthodes de refroidissement, comme l'a alerté Danish Faruqui, CEO de Fab Economics.
Les problèmes immédiats ne sont pas seulement la montée en flèche du TDP des GPU, mais aussi les retards du réseau, la pénurie d'eau et l'incapacité des salles traditionnelles refroidies à l'air d'absorber la chaleur des racks fonctionnant à 80 ou 100 kilowatts. En 2024, le H100 de Nvidia affichait une consommation électrique de 700 watts par GPU, laquelle a doublé en 2025 avec le Blackwell B200 et le Blackwell Ultra B300, pour atteindre 1 000 W et 1 400 watts par GPU. Le budget thermique par GPU double au moins chaque année. Par conséquent, afin de déployer les derniers GPU et les meilleures performances de calcul, il est impératif pour les hyperscalers et les NCP (Network Cloud Providers) de résoudre les goulots d'étranglement thermiques.
Le défi est universel. Les hyperscalers, notamment AWS, Google, Meta et Oracle, sont tous confrontés à une chaleur extrême des puces alors que la densité de puissance du matériel IA augmente considérablement. L'augmentation de la charge thermique des dernières générations de silicium d’IA signifie que les solutions actuelles, en particulier les plaques froides, pourraient bloquer tout progrès d'ici à cinq ans seulement. Les contraintes thermiques représentent donc un défi universel pour tous les hyperscalers qui déploient des puces d’IA à haute puissance, comme l'a déclaré Brady Wang, directeur associé chez Counterpoint Research.
La Microfluidique Directement sur la Puce: La Solution de Microsoft
Si dans les centres de données dédiés à l’IA, la puissance des systèmes nécessite un refroidissement liquide, Microsoft entend bien apporter cette technologie directement sur les puces IA. L’éditeur vient de présenter sa solution nommée « microfluidique » qu’il a validée en refroidissant un serveur simulant l’exécution d’une réunion Teams. Concrètement, de minuscules canaux sont gravés directement à l'arrière de la puce en silicium, créant des rainures qui permettent au liquide de refroidissement de s'écouler directement sur la puce et d'évacuer plus efficacement la chaleur. D'après les tests réalisés en laboratoire, en fonction des charges de travail et des configurations impliquées, l’approche de microfluide s'est avérée jusqu'à trois fois plus efficace que les plaques froides pour évacuer la chaleur. Cette technique de manipulation des fluides au niveau micrométrique a également permis de réduire de 65 % l'augmentation maximale de la température du silicium à l'intérieur d'un GPU, qui peut aussi varier en fonction du type de puce. L'équipe espère que cette technologie de refroidissement avancée améliorera aussi l'efficacité énergétique, un indicateur clé pour mesurer la consommation d’énergie par un centre de données, et réduira les coûts d'exploitation.
Selon M. Faruqui, le refroidissement direct sur silicium basé sur les microfluides peut limiter les dépenses de refroidissement à moins de 20 % du budget énergétique des centres de données, mais cela nécessiterait une optimisation significative du développement technologique en ce qui concerne la taille de la structure microfluidique, son emplacement et l'analyse des écoulements non laminaires dans les microcanaux.
Ces difficultés incluent les risques liés à la fabrication, à la mise en œuvre et à l'exploitation. La fabrication de canaux à l'échelle micrométrique augmente la complexité du processus et peut entraîner une perte de rendement en raison de la fragilité des plaquettes. Une étanchéité ultra-fiable est essentielle, car même des fuites mineures ou une contamination par des particules pourraient dégrader les performances des puces, comme l'a fait remarquer Manish Rawat, analyste chez TechInsights. Contrairement aux plaques froides remplaçables, la seule option de maintenance pour le refroidissement intégré au silicium serait de remplacer les puces, ce qui augmente les coûts de service et la complexité logistique. De plus, une exposition prolongée au liquide de refroidissement, même diélectrique, peut induire des contraintes chimiques et mécaniques, nécessitant une qualification approfondie pour garantir une fiabilité de 5 à 10 ans. Pour que la microfluidique s'impose, cette approche exige une gestion rigoureuse des risques liés à la fabrication, à la fiabilité et à la maintenance.
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