Ich hatte das Privileg, den neuesten Webcast „Engineer’s Frontier“ von Vertiv zu leiten, mit Sandro Gatto, dem Business Development Manager für Kühler bei Vertiv. Dabei sprachen wir über die Umstellung von luftgekühlten zu flüssigkeitsgekühlten Rechenzentren. Angesichts der zunehmend immer dichteren IT-Hardware und der wachsenden Sorge um Nachhaltigkeit erwarten wir ein zunehmendes Interesse am Bereitstellung der Flüssigkühltechnologie.
Trends in der IT-Stromversorgung
Künstliche Intelligenz (KI), Automatisierung, HPC (High Performance Computing) und maschinelles Lernen stellen immer größere Anforderungen an die Rechenleistung. Das führt zu immer höheren Wärmedichten pro Chip. Dies trägt dazu bei, dass die Server mehr Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss, und bei manchen Anwendungen wird so viel Wärme erzeugt, dass die Luftkühlung nicht mehr ausreicht, um diese hochdichten Racks zu kühlen.
Je nach Auslegung innerhalb eines bestimmten Rackdichtebereichs sind bei der Wärmemanagementtechnologie mehrere Optionen zu betrachten. Da sich die Rackdichten 30 Kilowatt (kW) und mehr nähern, kann es sein, dass die Arbeitstemperatur der Prozessoren (d.h. die Gehäusetemperatur) nur mit Luftkühlung nicht aufrecht erhalten werden kann. Damit ist die Flüssigkeitskühlung die einzige Option ist, um die Wärme wirksam abzuführen.
Grund dafür sind die Eigenschaften von Flüssigkeiten, Wärme aufzunehmen. Damit ist die Wärmeübertragung vom Chip viel effektiver und kann über Direct-to-Chip (D2C) oder Immersionskühlungsverfahren erfolgen.
Wirkungsgrad
Mit der Flüssigkeitskühlung kann ein Rechenzentrum aus zwei Gründen effizienter gekühlt werden:
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Die Versorgungstemperatur der Arbeitsflüssigkeit kann erhöht werden, um die Betriebsbedingungen des Prozessors aufrechtzuerhalten, ohne die Lüfterleistung zu erhöhen, da die Kühlung auf die heißesten Komponenten gerichtet ist, typischerweise den Prozessor. Uns ist bewusst, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Prozessor und der Kühlplatte bei einem herkömmlichen Luftkühlsystem wesentlich effizienter ist als die zwischen dem Prozessor und der Umgebungsluft. Das kommt der Gesamteffizienz des Rechenzentrums zugute.
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Die Rücklaufwassertemperatur aus den Racks, die im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung erhöht ist, könnte die Wärmerückgewinnung auf viel effizientere Weise ermöglichen als bei einem luftgekühlten Rechenzentrum.
Mit der ständigen Zunahme von Anwendungen, für die eine höhere Rechenleistung erforderlich ist, wird ein Wechsel zu innovativen Wärmemanagementtechnologien stattfinden, um diese höheren Leistungsdichten besser zu handhaben. Wir gehen davon aus, dass viele Rechenzentren hybride Wärmemanagementsysteme einführen werden, darunter auch Luft- und Flüssigkeitskühlung.
Flüssigkeitskühltechnologien
Der Übergang zur Unterstützung eines Direct-to-Chip-Flüssigkeitskühlsystems entspricht weitgehend dem, was wir vom Standard-Rack her kennen. Dabei besteht der Unterschied darin, dass das Rack-Design einen Flüssigkeitsverteiler zur Verteilung der Arbeitsflüssigkeit an die Direct-to-Chip-fähigen IT-Geräte (ITE) beinhaltet. Die Leitungen im Rack werden für Flüssigkeitsverteiler in der Reihe ausgelegt, um die Flüssigkeit in das Rack zu fördern. Das alles wird von einer Kühlverteilereinheit (CDU) gesteuert. Für die Bereitstellung hierfür sind Änderungen am technischen Platz in der Anlage erforderlich, und dafür ist eine ausreichende Planung erforderlich.
Ein Immersionskühlungssystem erfordert ein anderes Rechenzentrumslayout. Das Standard-Rack-Layout wird durch Tanks ersetzt, die, anders als bei herkömmlichen vertikalen Racks, horizontal angeordnet sind. In einem Rechenzentrum dieser Form wird die ITE vollständig in eine wärmeleitfähige dielektrische Flüssigkeit (die nicht elektrisch leitfähig ist) eingetaucht. Die Immersionskühlung ist eine vielversprechende Technologie, die jedoch noch nicht vollständig ausgereift ist, da es immer noch keine umfassenden Normen gibt. Die Teams, die in Rechenzentren für den Betrieb zuständig sind, müssen geschult werden, da sie in der Regel nicht mit der Technologie vertraut sind und vor Installation und Betrieb die nötigen Kenntnisse erwerben müssen.
Der gemeinsame Ansatz für beide Technologien besteht darin, mit Hilfe einer CDU mit einem Flüssigkeit-Plattenwärmetauscher zwischen der TCL (Technology Cooling Loop) und der FCL (Facility Cooling Loop) die Wärme zwischen der TCL und der FCL zu übertragen. Für die TCL gibt es dabei strenge Anforderungen hinsichtlich der Sauberkeit. Daher sind hier die Anforderungen an die Filtration viel höher als bei der FCL.
Beide Technologien können eine einphasige Flüssigkeit oder eine mit Phasenübergang verwenden. Letztere sind als zweiphasige Flüssigkeiten bekannt und sind effizienter, da der Phasenübergang der Wärmeübertragung zugutekommt, indem die Flüssigkeit verdampft.
Messgrößen
Es wird erwartet, dass sich das hybride Design für Rechenzentren durchsetzt. Daher werden Kennzahlen wichtig, mit denen die Effizienz des gesamten Rechenzentrums gemessen werden kann. Wir müssen Kennzahlen in Betracht ziehen, die über die herkömmliche PUE-Kennzahl (Power Usage Effectiveness) hinausgehen, um die erwartete Senkung der Lüfterleistung bei Flüssigkeitskühlsystemen zu berücksichtigen.
Bei Vertiv haben wir gemeinsam mit unseren Partnern eine Studie durchgeführt, die verschiedene Kennzahlen aufzeigt, z.B. die TUE (Total Usage Effectiveness), die die gesamte Leistungsabnahme für das gesamte Design des Rechenzentrums widergibt.
In unserem Blog erfahren Sie mehr über die TUE-Kennzahl: Quantifizierung der Auswirkungen der Flüssigkeitskühlung eines luftgekühlten Rechenzentrums auf PUE und Energieverbrauch.
Erfahren Sie außerdem mehr über die Vertiv™ Liebert® XDU Kühlmittelverteiler, die sich für Kühlanwendungen am Chip und an der Hintertür eignen und in jedem Rechenzentrum einfach und kosteneffizient eingesetzt werden können.
Vergessen Sie zum Schluss nicht, sich die gesamte Serie Engineer’s Frontier Consultant anzuhören. Darin erhalten Sie Einblicke in die neuesten Technologien von den Experten bei Vertiv.
