Bewältigung der KI-Hitzewelle: Trends bei der Flüssigkeitskühlung fördern Effizienz und Leistung

Gesteigerte Effizienz auch ohne Flüssigkeitsinfrastruktur in der Anlage

Viele Rechenzentren stehen vor der Herausforderung, Chips der nächsten Generation zu unterstützen und ihre Betriebsabläufe energieeffizienter zu gestalten. In einer idealen Welt wären viele Rechenzentren mit einer Flüssigkeitsinfrastruktur für jedes Rack ausgestattet. Doch beim Bau oder der Umrüstung von Rechenzentren können längere Ausfallzeiten auftreten, und es kann ein erheblicher Zeit- und Kostenaufwand anfallen. Während die Anlagen-Flüssigkeitsleitungen zu den einzelnen Racks sicherlich dazu beitragen, ein energieeffizienteres Rechenzentrum zu betreiben, können entsprechende Bauprojekte die Umwelt beeinträchtigen, da der Bau sehr viel Wasser und Energie verbraucht. Außerdem ist der Aufbau neuer Rechenzentren ein langwieriger Prozess. Deshalb ist es für die Nachhaltigkeit entscheidend, dass die Branche möglichst viel Rechenleistung aus der bestehenden Präsenz herausholt.

Mit Flüssigkeit-zu-Luft-Kühltechnologie lässt sich genau das erreichen. Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetauscher können Rechenzentrumsleitungen dabei helfen, eine Flüssigkeitskühlung zu implementieren, ohne auf eine Flüssigkeitsinfrastruktur in der Anlage angewiesen zu sein. Denn diese Wärmetauscher führen einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf durch die Racks und leiten dann Wärme in die Luft zurück, wo sie von vorhandenen Kühlsystemen bewältigt werden kann. Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlsysteme unterstützen High-Performance Computing (HPC) und moderne Technologien und können die Betriebskosten senken, während sie gleichzeitig die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit aufrechterhalten.

Auch Colocation-Rechenzentren können Flüssigkeit-zu-Luft-Technologie nutzen, um HPC-Cluster innerhalb ihrer Anlagen auszuführen. So können sie ihr Geschäft diversifizieren und die Effizienz verbessern. Dank des modularen Designs von Flüssigkeit-zu-Luft-Einheiten können Rechenzentren zudem erweitert werden, wobei der Kühlbedarf steigt. So bieten diese Systeme die nötige Flexibilität, um Funktionen ohne lange Nachrüstprojekte zu verbessern.

Weniger Wasserverbrauch dank Flüssigkeitskühlung

Es mag widersprüchlich erscheinen, aber clever konstruierte Flüssigkeitskühlsysteme können tatsächlich weniger Wasser verbrauchen als eine Luftkühlung. Viele luftgekühlte Rechenzentren nutzen eine Verdampfungskühlung für ihre Klimaanlage. Verdampfungskühlsysteme verwenden große Wärmetauscher, um die Wärme aus der Raumluft aufzunehmen, die von den IT-Geräten erwärmt wurde. Diese Wärmetauscher transportieren dann Wärme mit Wasser, das gekühlt wird, indem es über Kühlkissen geführt wird, wodurch das Wasser in die Luft verdampft. Da das Wasser bei diesem Prozess verdampft, muss es über externe Quellen ersetzt werden.

Viele Flüssigkeitskühlsysteme verwenden geschlossene Kreisläufe für das Wasser in den Racks. Das Wasser in diesen Flüssigkeitskreisläufen muss nur bei Problemen mit der Wasserqualität ausgetauscht werden, und die Systeme können mit anderen Flüssigkeitskreisläufen gekühlt werden, die eine bessere Wärmeübertragungskapazität und mehr Möglichkeiten für Nachhaltigkeit bieten. So kann die vom Wasser aufgenommene Wärme für andere Anwendungen wiederverwendet werden, beispielsweise Gebäudeheizung, Eisschmelzen, Landwirtschaft, Abwasseraufbereitung oder lokale Heizungssysteme. So wird die Nachhaltigkeit in Rechenzentren weiter gesteigert, indem ein wasserintensiver Prozess, der die Wärme ableitet, in ein effizienteres System verwandelt wird, das die Wärme wiederverwendet.

Flüssigkeitskühlung über Racks hinaus

Rechenzentren können die Nachhaltigkeit auch steigern, indem sie Flüssigkeitskühlung in der Anlageninfrastruktur verwenden, beispielsweise für Energiespeicher. Die Notstromversorgung ist für Rechenzentren entscheidend, da die Branche einen rund um die Uhr verfügbaren Betrieb verlangt – unabhängig von Störungen oder Schwankungen im lokalen Netz.

Außerdem erzeugen immer mehr Rechenzentren ihre eigene Energie, um die Abhängigkeit vom Stromnetz zu verringern und die Ausfallsicherheit zu verbessern. Entsprechend benötigen sie zusätzlich Energiespeicher vor Ort, um Abweichungen zwischen Energieerzeugung und -nutzung auszugleichen. Beispielsweise kann Solarenergie die Nachhaltigkeit des Rechenzentrums insgesamt erheblich verbessern, jedoch kann Solarenergie nur tagsüber erzeugt werden, wenn die Sonne scheint. Energiespeicher können dabei helfen, Energieerzeugung und -nutzung voneinander zu lösen.

In Rechenzentren ist der verfügbare Platz ein wichtiger Faktor, weshalb Energiespeicher-Installationen so klein wie möglich sein müssen. Flüssigkeitskühlung kann die Energiedichte in Energiespeicher-Anwendungen ebenso verbessern wie die Chipdichte. Flüssigkeitsleitungen durch Batterie-Racks zu führen, trägt zur Sicherheit bei, da die Batterien hierdurch vor Überhitzung geschützt werden. Außerdem können Entwickler*innen so mehr Batterien in unmittelbarer Nähe platzieren, wodurch die Energiedichte erhöht wird. Auf diese Weise können Innovationen im Rechenzentrum auch auf die unterstützende Infrastruktur angewendet werden, wodurch Sicherheit und Nachhaltigkeit weiter verbessert werden.

Wartung von Flüssigkeitskühlsystemen

Bei älteren Luftkühlungssystemen ist es für Rechenzentrumsleitungen wichtig, den Luftstrom und die Einlasstemperaturen an die Anforderungen der zu kühlenden Chips anzupassen. Bei diesen Anwendungen ist die Kühlung jedoch an den gesamten Raum gebunden, wodurch einzelne Systeme nicht so viel direkten Einfluss auf die Kühlleistung haben.

Bei Anwendungen mit Flüssigkeitskühlung ist die Rechenleistung direkt an die Leistung des Kühlsystems gebunden, da der Kühlkreislauf bis zum Chip verläuft. Wenn die Kühlung auch nur für kurze Zeit ausfällt, wird der Betrieb des Rechenzentrums unterbrochen, und die Geräte werden beschädigt. Der Zeitabstand zwischen einer Überhitzung, einer Abschaltung der Anlage und katastrophalen Ausfällen beträgt oft weniger als 30 Sekunden. Deshalb ist ein äußerst zweckoptimierter und lösungsorientierter Ansatz für die Installation und Wartung von Kühlsystemen erforderlich.

Ein Aspekt der Wartung, der besonders hervorzuheben ist, ist das Flüssigkeitsmanagement. Der Kühlmittelverteiler ist das Herzstück des Rechenzentrumssystems und die Flüssigkeit das Lebenselixier. Wenn die Flüssigkeit in den Kühlleitungen nicht ordnungsgemäß behandelt und gefiltert wird, kann das zu Biofilm, Korrosion, einer Verschmutzung der Kälteplatten, zu Ablagerungen in den Kühlkreisläufen und letztendlich zu Schäden an den Geräten führen. Angesichts der Tatsache, dass sich in Rechenzentrums-Racks IT-Geräte im Wert von mehreren Millionen Euro befinden, gibt es wenig Raum für Fehler. Es ist entscheidend, dass das Personal im Rechenzentrum entweder selbst weiß, wie die Wasserqualität gehandhabt werden muss, oder mit einer Person zusammenarbeitet, die dazu in der Lage ist.

Das Wasserqualitätsmanagement erstreckt sich von der Installation über die gesamte Lebensdauer der Kühlanlagen. Es umfasst häufig regelmäßige Filterreinigungen und -wechsel, das Spülen der Sekundärleitungen während der Installation oder vor der Bereitstellung, um vor dem Einschalten des Systems Biofilm zu verhindern, regelmäßige Flüssigkeitstests sowie verschiedene Abhilfemaßnahmen, um die Qualität der Flüssigkeit zu gewährleisten. Für Rechenzentrumsleitungen ist es wichtig, eine wartungsfreundliche Kühlanlage auszuwählen und schon vor der Installation der Anlage einen Plan zur Aufrechterhaltung der Wasserqualität zu erstellen.

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