Aufbau umweltfreundlicherer Rechenzentren
Die Elektrifizierung und Digitalisierung bringen sowohl Herausforderungen als auch Chancen für die Nachhaltigkeit mit sich. Laut Prognosen wird sich der Strombedarf bis 2050 verdreifachen, die Infrastruktur für Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien wird ausgebaut, und die veraltete elektrische Infrastruktur wird schnell ersetzt, um den wachsenden Energiebedarf zu decken. Neben diesen Entwicklungen nimmt auch die Nachfrage nach Daten zu. Während KI- und ML-Anwendungen (Maschinelles Lernen) explodieren, nutzen Rechenzentren immer mehr Energie.
Laut der Internationalen Energieagentur benötigt eine ChatGPT-Anfrage 2,9 Wattstunden an Strom, während eine Google-Suche nur etwa 0,3 Wattstunden verbraucht. Darüber hinaus schätzt die IEA, dass der weltweite Daten-Energieverbrauch schon jetzt bis zu 1,5 % des weltweiten Strombedarfs ausmacht – andere Quellen schätzen diese Zahl sogar noch höher ein. KI spielt in allen Branchen eine Rolle, aber um KI nachhaltig skalieren zu können, müssen wir umweltfreundlichere Rechenzentren aufbauen.
Neue IT-Kühlansätze aufgrund von KI
Thermal Design Power (TDP) ist ein Maß für den Stromverbrauch und die Kühlanforderungen eines Chips. Wenn der TDP-Wert eines Chips höher ist als die Kapazität des Kühlsystems, führt das zu Überhitzung, Geräteschäden und geringerer Leistung. Die Entwicklung eines geeigneten Kühlsystems ist ein wichtiger Bestandteil des Betriebs von KI-Rechenzentren und bietet außerdem Möglichkeiten, die Nachhaltigkeit in mehreren Bereichen zu verbessern.
Früher wurden IT-Geräte in Rechenzentren mit Luft gekühlt. In Luftkühlanlagen wird der gesamte Raum mit einer Klimaanlage gekühlt, und die Lüfter drücken die gekühlte Luft durch die Server, um deren Chips zu kühlen. Eine Luftkühlung wird jedoch den hohen Kühlanforderungen moderner KI-Rechenzentren nicht gerecht.
Um die IT zu schützen und den Energieverbrauch zu kontrollieren, setzen Rechenzentren auf Flüssigkeitskühlung: Hierbei wird gekühlte Flüssigkeit verwendet, um Wärme aufzunehmen und von IT-Geräten wegzuleiten. Eine Flüssigkeitskühlung ist effizienter, weil Flüssigkeit eine höhere Wärmeübertragungsleistung hat als Luft und außerdem näher an die Wärmequelle herangeführt werden kann.
Hierdurch wird der Energiebedarf für die Kühlung reduziert, was zu geringeren Kosten und einem geringeren ökologischen Fußabdruck führt. Während die überwiegende Mehrheit der aktuellen Rechenzentren luftgekühlt ist, gehen Fachleute davon aus, dass Flüssigkeitskühlung mit dem Wachstum von KI schnell zunehmen wird.
Arten der Flüssigkeitskühlung
Für den erfolgreichen Aufbau umweltfreundlicherer Rechenzentren ist es entscheidend, die verschiedenen Konfigurationen der Flüssigkeitskühlung zu kennen. Es gibt vier Haupttypen:
Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlung
Diese Kühlung versorgt IT-Geräte in luftgekühlten Rechenzentren mit Flüssigkeitskühlung, indem gekühlte Flüssigkeiten durch IT-Racks zirkulieren. Die Flüssigkeit wird dann mit einer Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmeabführung gekühlt und erneut dem Kreislauf zugeführt. Bei einem geschlossenen Flüssigkeitskühlkreislauf ist für diese Methode keine neue Anlageninfrastruktur erforderlich, da sich die Flüssigkeit – wie der Name schon sagt – in einem geschlossenen Kreislauf befindet. Flüssigkeit-zu-Luft-Systeme zirkulieren Flüssigkeit ebenfalls in einem geschlossenen Kreislauf, wodurch sie weniger Wasser verbrauchen.
Luft-zu-Flüssigkeit-Kühlung
Bei dieser Methode wird die IT-Ausrüstung selbst mit Luft gekühlt, die Luft wird jedoch mit gekühlter Flüssigkeitgekühlt, bevor sie wieder in den Raum geleitet wird. So wird die Serverwärme vom Rack isoliert, und es ist nicht mehr nötig, die Luft im gesamten Datenraum zu überkühlen. Bei diesen Systemen ist eine Flüssigkeitsinfrastruktur in der Anlage erforderlich, um die Flüssigkeitskreisläufe in den Server-Rücktürkühlern zu kühlen.
Direct-to-Chip-Kühlung
Diese Kühlung entfernt effizient Wärme an der Quelle, indem sie einen Kühlkörper verwendet, der direkt auf dem Chip platziert wird. Diese Technologie kann mit Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlern kombiniert werden, oder sie kann die Flüssigkeitsinfrastruktur der Anlage verwenden. Hierbei ist das korrekte Design des Systems absolut entscheidend, da sich Flüssigkeiten in unmittelbarer Nähe von IT-Systemen befinden.
Immersions-Kühlung
Bei dieser Kühlung werden ganze Server in eine gekühlte dielektrische Flüssigkeit eingetaucht. Diese Kühlmethode reguliert nicht nur die Wärme in IT-Geräten, sondern schützt sie auch vor Staub und Feuchtigkeit. Immersions-Kühlung kann extrem energieeffizient sein, aber sie bringt auch Nachteile mit sich, darunter die erforderliche Produktion dielektrischer Flüssigkeit.
Im Zentrum jedes Flüssigkeitskühlsystems befindet sich der Kühlmittelverteiler (Coolant Distribution Unit, CDU). Je nach Kühlungsansatz können CDUs entweder eigenständige Anlagenkomponenten sein oder in andere Geräte integriert werden. CDUs dienen als Herz und Gehirn eines jeden Flüssigkeitskühlsystems: Sie verwenden fortschrittliche Steuerungsalgorithmen, um gekühlte Flüssigkeiten bei optimierter Geschwindigkeit und Temperatur präzise durch den gesamten Kühlkreislauf zu pumpen.
Mehr Nachhaltigkeit dank Flüssigkeitskühlung
Die Energieeffizienz (Power Usage Effectiveness, PUE) ist eine wichtige Nachhaltigkeitsmetrik für Rechenzentren. Um den PUE-Wert zu berechnen, teilen wir die Gesamtmenge der vom Rechenzentrum verbrauchten Energie durch die Menge der von seinen Computergeräten verbrauchten Energie. Ein geringerer PUE-Wert bedeutet ein effizienteres Rechenzentrum. In einer Vielzahl von Rechenzentrumskonfigurationen kann eine Flüssigkeitskühlung den PUE-Wert senken.
Es gibt zu viele Variablen, um eine universelle Aussage darüber zu treffen, welche Konfiguration am besten geeignet ist – am wichtigsten ist es, dass die Kühllösung zum jeweiligen Problem passt. Für bestehende Rechenzentren, die ihre Kühlkapazitäten schnell erweitern müssen, um KI-Chips zu unterstützen, aber keine Zeit für eine umfassende Nach- oder Umrüstung haben, können Luft-zu-Flüssigkeit-Kühlsysteme eine gute Wahl sein.
Rechenzentrumsbetreiber, die ihre Effizienz verbessern wollen, aber weiterhin luftgekühlte Chips verwenden, können ihr Ziel mit einer Luft-zu-Flüssigkeit-Kühlung erreichen. Wenn sich Rechenzentren auf die nachhaltige Energieversorgung moderner HPC-Systeme (High-Performance Computing) vorbereiten, ist möglicherweise eine Immersions-Kühlung die richtige Wahl.
Doch Flüssigkeitskühlung spielt nicht nur direkt im Rechenzentrum eine wichtige Rolle. Batteriespeicher sind ebenfalls wichtige Komponenten im Ökosystem des Rechenzentrums, da sie eine Notstromversorgung bereitstellen. Diese Lösungen können ebenfalls mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet werden, wodurch Batterien effizienter gekühlt werden und eine optimale Leistung erzielt wird.
Förderung umweltfreundlicher Rechenzentren
Technologieverantwortliche müssen ihre Teams weiterhin dazu animieren, die Grenzen der Flüssigkeitskühlung zu verschieben und sie ständig zu verbessern, um sowohl Effizienz als auch Zuverlässigkeit zu steigern. Techniker*innen können auch nach kreativen Möglichkeiten suchen, die warme Kühlflüssigkeit aus dem Rechenzentrum wiederzuverwenden. Beispiele hierfür sind Frostschutz und Eisschmelzen im Außenbereich von Rechenzentren oder sogar das Heizen von Häusern und Unternehmen. Neben Hardware-Innovationen können auch fortschrittliche Steuerungsalgorithmen die Kühleffizienz verbessern.
Vor allem aber müssen sich Technologieverantwortliche immer wieder für umweltfreundlichere Rechenzentren einsetzen. Mit der Weiterentwicklung von Computertechnologien wird die Entwicklung nachhaltigerer Ökosysteme, die diese Technologien umgeben, eine der wichtigsten Herausforderungen für Technologieverantwortliche darstellen.
nVent legt den Schwerpunkt auf Zuverlässigkeit und Effizienz und bietet modernste Kühllösungen, die auf die Anforderungen moderner Rechenzentren und Hochleistungsumgebungen zugeschnitten sind. Erfahren Sie mehr über das umfassende Portfolio und das Fachwissen von nVent, das auch Lösungen für moderne Rechenzentren abdeckt: Rechenzentren und Vernetzung | nVent DATA-SOLUTIONS
Lösungen für Rechenzentren
Durch die über mehr als 15 Jahre gesammelte umfassende Erfahrung mit technischen Anwendungen im Bereich der Flüssigkeitskühlung kann nVent mit seiner globalen Präsenz effiziente Lösungen anbieten, die für unsere Partner optimale Leistung und Zuverlässigkeit für fortschrittliche Computing-Umgebungen gewährleisten.
Neuigkeiten und Einblicke
Auf der Seite „Neuigkeiten und Einblicke“ werden die neuesten Finanzergebnisse, strategischen Partnerschaften und Nachhaltigkeitsbemühungen des Unternehmens vorgestellt. So zeigen wir unser Engagement für Innovation und gesellschaftliches Engagement in der Branche elektrischer Verbindungs- und Schutzlösungen.