Stromversorgung und Kühlung von KI und beschleunigtem Computing im Rechenzentrum

Die Betreiber von Rechenzentren prüfen angesichts der zunehmenden Anzahl an datenverarbeitungsintensiven Anwendungen die Möglichkeiten der Flüssigkeitskühlung.Der Markt für Flüssigkeitskühlung soll [g1]bis 2026 ein Volumen von 3 Milliarden US-Dollar erreichen, da Unternehmen vermehrt Cloud-Dienste einführen, künstliche Intelligenz (KI) für fortschrittliche Analysen und automatisierte Entscheidungsfindung nutzen und Blockchain- und Kryptowährungsanwendungen ermöglichen.

Derzeit unterstützen Rechenzentren einen Rack-Strombedarf von über 20Kilowatt (kW), aber der Markt bewegt sich auf 50kW oder mehr zu. CPUs und GPUs der neueren Generation weisen eine höhere Wärmedichte als Architekturen der vorherigen Generation auf. Darüber hinaus platzieren die Serverhersteller mehr CPUs und GPUs in jedem Rack, um die steigende Nachfrage nach High-Performance-Computing und KI-Anwendungen zu befriedigen.

Die Luftkühlung stößt nun an ihre Grenzen. Luftkühlsysteme können diese hochdichten Racks einfach nicht auf effiziente und nachhaltige Weise kühlen.

Infolgedessen untersuchen die Betreiber von Rechenzentren die Möglichkeiten der Flüssigkeitskühlung. Die Flüssigkeitskühlung nutzt die höheren Wärmeübertragungseigenschaften von Wasser oder anderen Flüssigkeiten, um die effiziente und kostengünstige Kühlung von Racks mit hoher Dichte zu unterstützen. Dies kann bis zu 3.000 Mal effektiver sein als die Verwendung von Luft. Die Flüssigkeitskühlung, die sich seit Langem für Mainframe- und Spieleanwendungen bewährt hat, wird nun auch zum Schutz von in Racks montierten Servern in Rechenzentren auf der ganzen Welt eingesetzt.

Vertiv hat ein breites Spektrum an Ressourcen erstellt, damit Sie die Herausforderungen, Möglichkeiten und technischen Anforderungen der Flüssigkeitskühlung besser verstehen. Diese Ressourcen helfen Ihnen bei der Entscheidung, wie Sie Flüssigkeitskühlung in Ihrem Rechenzentrum einsetzen und skalieren können.

Wie schnell nähern wir uns dem Wendepunkt für flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren?

Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung: Wie sich Thermalmanagementsysteme weiterentwickeln

Hinweis: Die rote Linie zeigt an, wo die Flüssigkeitskühlung eine praktikable Option ist.

Optionen und Leistung der Flüssigkühlung verstehen

Die Betreiber von Rechenzentren verfolgen bei der Flüssigkeitskühlung einen von drei Wegen. Sie entwickeln reine Flüssigkeitsrechenzentren, rüsten luftgekühlte Einrichtungen mit neuer Infrastruktur aus, um flüssigkeitsgekühlte Racks in Zukunft zu unterstützen, und integrieren die Flüssigkeitskühlung in bestehende luftgekühlte Einrichtungen, die nicht über die entsprechende Infrastruktur verfügen. Die meisten werden sich wahrscheinlich für den letzteren Weg entscheiden, um Kapazitäten zu schaffen, die den kurzfristigen Geschäftsanforderungen entsprechen und eine schnelle Investitionsrendite ermöglichen.

Die Installation einer Flüssigkeitskühlung kann jedoch kompliziert sein. Die Teams der Rechenzentren sollten mit einem Partner zusammenarbeiten, um die wichtigsten Fragen zu klären, z. B. die Anforderungen an die Leitungsführung, die Kühlverteilung, die Ausgleichskapazität, die Strategien zur Risikominderung und die Systeme zur Wärmeabfuhr.

Zu den Optionen für die Flüssigkeitskühlung gehören:

• Wärmetauscher an der Rücktür – Passive oder aktive Wärmetauscher ersetzen die Rücktür des IT-Geräteracks durch einen Flüssigkeits-Wärmetauscher. Diese Systeme können in Verbindung mit Luftkühlsystemen zur Kühlung von Umgebungen mit unterschiedlicher Rackdichte eingesetzt werden.

• Direct-to-Chip-Flüssigkeitskühlung – Direct-to-Chip-Kühlplatten sitzen auf den wärmeerzeugenden Komponenten der Platine und leiten die Wärme über Einphasen-Kühlplatten oder Zweiphasen-Verdampfereinheiten ab. Diese Kühltechnologien können etwa 70–75% der von den Geräten im Rack erzeugten Wärme abführen, sodass 25–30% durch Luftkühlungssysteme abgeführt werden müssen.

• Immersionskühlung – Einphasige und zweiphasige Immersionskühlsysteme tauchen Server und andere Komponenten im Rack in eine wärmeleitende dielektrische Flüssigkeit oder ein Fluid ein und machen eine Luftkühlung überflüssig. Dieser Ansatz maximiert die Wärmeübertragungseigenschaften der Flüssigkeit und ist die energieeffizienteste Form der Flüssigkeitskühlung am Markt.

Wartungsanforderungen für die Flüssigkeitskühlung

Das größte Hindernis für das Marktwachstum der Flüssigkeitskühlung waren bisher die Bedenken der Betreiber von Rechenzentren hinsichtlich der Risiken, die mit der Verlegung von Flüssigkeit in das Rack verbunden sind. Die heute eingesetzten Flüssigkeitskühlsysteme minimieren das Risiko von Geräteschäden, indem sie das Volumen der verteilten Flüssigkeiten begrenzen und eine Technologie zur Erkennung von Flüssigkeiten in Systemkomponenten und an Schlüsselstellen im Rohrleitungssystem integrieren.

Werden dielektrische Flüssigkeiten verwendet, ist das Risiko einer Beschädigung der Ausrüstung durch Lecks gebannt. Die hohen Kosten dieser Flüssigkeiten rechtfertigen jedoch die Einbeziehung ähnlicher Leckerkennungssysteme, wie sie in Systemen auf Wasserbasis verwendet werden. Das Positionspapier Leak Detection and Integration des Open Compute Project ist eine empfehlenswerte Lektüre für jeden, der Flüssigkeiten in sein Rechenzentrum einbringen möchte.

Wo auch immer Sie sich auf dem Weg zur Flüssigkeitskühlung befinden, Vertiv bietet Lösungen und Services, mit denen Sie Ihre Geschäftsziele erreichen und Ihre technischen Anforderungen erfüllen können.

Als weltweit führendes Unternehmen im Bereich Thermalmanagement bietet Vertiv einen ganzheitlichen Ansatz für die Flüssigkeitskühlung. Unsere Lösungen basieren auf jahrelanger Forschung und Entwicklung in Zusammenarbeit mit den Partneruniversitäten des Center for Energy-Smart Electronic Systems (ES2), dem Green Grid and Open Compute Project und ]Green Revolution Cooling.

Durch diese Bemühungen und unser intensives Flüssigkühlungs-Forschungsprogramm kann Vertiv mit den sich ändernden Kundenanforderungen Schritt halten. Wir bieten ein Portfolio von Lösungen, die sowohl hybride Luft- und Flüssigkeitskühlung als auch vollständig flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren unterstützen, darunter:

• CDUs (Coolant Distribution Units, Kühlmittelverteilungseinheiten) und Innenkühler, die komplette Infrastrukturlösungen für die Flüssigkeitskühlung von Rechenzentren bieten

• Aktive und passive Wärmetauscher für die Rücktür

• Innovative und effiziente Immersionskühlsysteme

• Systeme zur Wärmeabfuhr, die für den Betrieb mit Flüssigkühlung von CDUs und Kältemaschinen ausgelegt sind

• Nachrüstlösungen, die eine Umrüstung von Luftkühlungsanlagen auf Flüssigkeitskühlung ermöglichen

• Etablierte Praktiken und Services für die Inbetriebnahme, den Start und den Betrieb der Infrastruktur für Flüssigkeitskühlung