Bessere Energieeffizienz durch flüssige Serverkühlung für Rechenzentren

Durch die Zunahme der Rechenleistungen von CPUs und GPUs steigt auch der Bedarf an Kühlung. So verbrauchen die leistungsstärksten CPUs 270 bis 280 Watt, aktuelle GPUs 500 Watt. Hochgerechnet laufen für ein System mit zwei CPUs und acht GPUs rund vier bis fünf Kilowatt für die Kühlung der Komponenten durch den Stromzähler. Summiert für große Rechenzentren kommen da schon einige Kilowattstunden zusammen und belasten die Bilanz und Umwelt.

Herausforderungen bei der Serverkühlung

Bei herkömmlichen Kühlsystemen werden die Prozessoren durch einen Luftzug gekühlt. Die Kühlleistung hängt von der Einlasstemperatur (je niedriger, desto besser) und der Leistung des Lüfters ab, welcher die Luft bewegt und die Wärme der CPUs, GPUs, Arbeitsspeicher usw. aufnimmt. Für die Größe dieser Lüfter gibt es jedoch physikalische Grenzen.

Um die Leistung und die Effizienz zu verbessern, setzt Supermicro jetzt vermehrt auf verschiedene Arten flüssiger Kühlung:

Flüssige Serverkühlung: Direct to Chip (DTC) oder (D2C)

Hier wird eine kalte Flüssigkeit über die Oberseite des Chips geleitet und ein Übertragungsmaterial leitet die Wärme weiter zu einer ebenfalls durch Flüssigkeit gekühlte Platte. Diese Flüssigkeit nimmt die Wärme auf und führt sie an anderer Stelle ab. In einem geschlossenen Kreislauf gelangt kalte Flüssigkeit zurück zum Chip. Eine kritische Komponente ist hierbei die Pumpe, die die Flüssigkeit umwälzt und direkt auf dem Chip platziert, um den Durchfluss zu verbessern.  Die Kühlung der Flüssigkeit findet auf verschiedene Arten statt: Die heiße Flüssigkeit kann mit einer In-Rack-Kühlungsverteilereinheit (CDU) direkt im Rack luftgekühlt werden. Eine CDU kann in verschiedenen Höhen innerhalb des Racks platziert werden, um eine bestimmte Anzahl von Servern zu kühlen, wodurch die Rohrlängen reduziert werden. Oder eine größere CDU wird an einer Stelle im Rack platziert, um die Flüssigkeit aller Servern zusammen zu kühlen. Moderne CDUs können etwa 80 kW Wärme abführen, was für die meisten heutigen Serverfarmen pro Rack ausreichend ist. Rack-CDUs sind für viele Situationen gut geeignet, verringern aber die Rechendichte etwas. Ein alternatives Verfahren zum Kühlen der heißen Flüssigkeit besteht darin, die heiße Flüssigkeit zu einem externen System zu pumpen, um sie dort zu kühlen.

Tauchkühlung

Für einige Umgebungen, in denen sich die Server auf engstem Raum ohne die Infrastruktur eines Rechenzentrums befinden, kommt die Tauchkühlung in Frage. Hier werden ganze Server in eine Flüssigkeit getaucht und so gekühlt. Die nun aufgewärmte Flüssigkeit wird dann aus dem Behälter genommen und separat wieder gekühlt. Die für die Tauchkühlung verwendete Flüssigkeit leitet nicht und ist nicht korrosiv, so dass sie für elektronischen Komponenten verwendet werden kann.

Wärmetauscher durch die Hintertür (RDHx)

Viele Rechenzentren benötigen zwar ein effizienteres Kühlsystem, können aber ihre Infrastruktur nicht ändern oder ergänzen, wie es für das D2C-Verfahren nötig ist. In diesem Fall kann dem Rack, in dem die heißesten Server betrieben werden, eine spezielle Hintertür hinzugefügt werden. Dieses System kühlt die heiße Luft sofort über die Rückseite der Server. Die gekühlte Tür enthält Ventilatoren und ein Kühlmittel. Das Kühlmittel nimmt die Wärme auf und kühlere Luft wird in das Rechenzentrum zurückgeführt. Wie bei den oben erwähnten Kühlmethoden muss die heiße Flüssigkeit gekühlt werden, bevor sie zur Tür zurückkehrt. Insgesamt reduziert ein RDHx den CRAC, der in einem Rechenzentrum benötigt wird.

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