Wohin mit der Serverhitze und wie? Das Leuchtturmprojekt DC2HEAT zur Abwärmenutzung erreicht die Zielgerade

Anbieter zum Thema

Universität Paderborn

Data Center Group – Büro Köln

EPS Rechenzentrum Infrastruktur GmbH

ConSysTech GmbH

Unternehmensübergreifend wird im Forschungsprojekt „DC2HEAT“ daran geforscht, wie KI in den Rechenzentren eingesetzt werden kann, um die dort anfallende Abwärme möglichst intelligent zu kühlen. Der geografische Schwerpunkt ist dabei der Co-Location-Hotspot Frankfurt/Rhein-Main.

DC2HEAT zeigt, wie die Abwärme aus Rechenzentren als Energiequelle genutzt werden kann, um fossile Energieträger zu vermeiden und den klimafreundlichen Betrieb zu fördern. Das Projekt identifiziert die Nachhaltigkeitspotenziale von KI und untersucht, ob die Ergebnisse aus dem Raum Frankfurt am Main auch auf andere nationale und internationale Standorte übertragbar sind und wie die Abwärme klimafreundlich genutzt werden kann.

Der Software Innovation Campus (SICP) an der Universität Paderborn ist neben dem Borderstep Institut und namhaften Unterstützern aus der Industrie Konsortialpartner des vom Bundesumweltministerium (UBA) im Rahmen der Förderinitiative zu KI-Leuchttürmen ins Leben gerufenen Forschungsprojekts. Gunnar Schomaker, der stellvertretenden Leiter und Geschäftsführer des Software Innovation Lab (SI-LAB) im Software Innovation Campus Paderborn (SICP) der Universität Paderborn sagt über die Anfänge des gemeinsam angeschobenen Forschungsprojektes:

„Analog zum 'Windcores'-Thema sind wir auch in diesem Fall schon sehr lange mit Ralph Hintemann vom Borderstep Institut in Kontakt, Trotzdem war es zunächst ungeheuer schwer, die politische Ebene dazu zu bewegen, dass Thema industrielle Abwärme und Abwärmenutzung aufzugreifen und als forschungsrelevantes und förderungswürdiges Thema auszuschreiben.“

Ökostromanbieter und Cloud Provider

Windcores baut Rechenzentren in Windräder

Wahrscheinlich sei die Wissenschaft mit diesem Thema wieder ihrer Zeit voraus gewesen, mutmaßt der stellvertretende Leiter und Geschäftsführer und setzt hinzu:

Das Software Information Lab – der wissenschaftliche Teil des SICP – ist in erster Linie als IT-Kompetenzlieferant, insbesondere für die Bereiche maschinelles Lernen und IT-Systemlandschaft, an dem KI-Leuchtturmprojekt beteiligt. Energie-effiziente Rechenzentren und Abwärmenutzung sind an und für sich schon lange ein Thema für die Forschung in Paderborn. Neu hinzugekommen ist nun die Fragestellung: Wie kann Künstliche Intelligenz in den verschiedenen Aufgabenfeldern eines Co-Location-Rechenzentrums dabei helfen?

Von der Auslegung über den Betrieb bis hin zur Koppelung von Abwärmenutzungskonzepten versuchen die Forscher, über verschiedene Modelle – den Kern bildet dabei ein digitaler Zwilling – eine virtuelle digitale Äquivalenz auf-zubauen. Schomaker: „Damit können, ohne den Live-Betrieb zu gefährden, sämtliche Was-wäre-wenn-Szenarien aus der realen Welt beantwortet werden.“

Die Forschung

Entsprechend dem Paderborner Ansatz führen die verschiedenen Konsortialpartner ein kooperatives Forschungsprojekt aus, in das unterschiedliche wissenschaftliche Fachkompetenzen und Partner aus der Wirtschaft wie Rechenzentrumsbetreiber und auch Lösungsanbieter eingebunden sind. Aus der Rechenzentrumswelt sind beispielsweise der mittelständische Co-Location-Anbieter Aixit sowie die Branchengrößen Telehouse Deutschland und NTT Data mit an Bord.

Die umweltfreundliche OpenStack-Cloud aus Frankfurt

Cloud&Heat übernimmt ehemaliges Rechenzentrum der EZB in Frankfurt

Initiativen und Klimaprojekte am Rechenzentrumsstandort Frankfurt am Main

Nutzung von Datacenter-Abwärme? Es gibt nicht nichts.

Das Unternehmen Cloud & Heat bringt seine innovative Wasserkühllösung in der ehemaligen Europäischen Zentralbank ein. Als Lösungsanbieter dabei ist der Softwarespezialist FA-Lytix, der sich auf das Energie-effiziente Betreiben von Kühlinfrastruktur mittels KI versteht.

Zunächst ging es vor allem darum, herauszufinden, wie man ein Rechenzentrum an ein Abwärmenetz koppelt, so dass die Wärme möglichst effektiv weiterverteilt werden kann, welche Herausforderungen es dabei gibt und wo die Wärme am besten aufgenommen werden sollte, um sie möglichst wirtschaftlich und effizient auch weitergeben zu können.

Bedingt durch Verzögerungen bei den aktuellen Datacenter-Großbaustellen in Frankfurt am Main haben sich im Projektverlauf weitere, zusätzliche Fragestellungen ergeben wie: Was macht man, wenn kein Abwärmenutzer in der Nähe ist? Oder: Können die Lasten dynamisch an andere Orte verschoben werden?

Im Fall der Fälle

Was macht man nun, wenn die empfohlene Einspeisung in ein Fernwärmenetz zehn Jahre dauert, weil erst noch vom regionalen Energieversorger eine völlig neue Leitung verlegt werden muss? Um sich auch solchen praxisnahen Szenarien zu widmen, haben die Forscher und Wissenschaftlerinnen das Umfeld von Axit näher unter die Lupe genommen: Dort ist durch Platzkapazitäten auf dem eigenen Gelände eine gute Ausgangslage gegeben, um eventuell direkte Abwärmenutzungskonzepte zu koppeln.

Schomaker: „Letztendlich kann die Alternative, der Abwärmenutzer kommt zum Rechenzentrum, eine besserer Option sein, als völlig neue Wärmenetze zu legen.“ Aktuell ist das interdisziplinäre Team allerdings noch dabei, herauszufinden, welche Optionen, beispielsweise ein Neubauprojekt auf einem Nachbargrundstück , sich logistisch besonders gut eignen, ohne dafür die komplexe Infrastruktur eines ultramodernen Abwärmenutzungsnetzes oder Wärmeverteilnetzes einzufordern.

Über die Main-Metropole hinaus

Auch diese Erkenntnisse weisen sicher weit über die kleine Metropole am Main hinaus und sind im nationalen Maßstab von Interesse. Schomaker: „Auch Gemeinden oder Städte, die nicht die Frankfurter Power haben, verfügen in der Nähe ihrer Datacenter über potentielle Abwärmenutzer.“

Am Ende des Tages werden die Fragestellungen und die neuen Potenziale, die daraus entstehen, weit umfangreicher sein als die Antworten, die DC2HEAT liefern kann, mutmaßt der renommierte Forscher. Schomaker: „Je tiefer man blickt, wird immer deutlicher, wie eingeschränkt der anfangs gegebene Fokus zunächst war.“ Umgekehrt gilt aber auch: „Wenn eine Lösung in Frankfurt am Main funktioniert, hat man eine Blaupause auch für andere Regionen an der Hand.“

Aktuell ist das Projektteam dabei, ein hochverdichtetes Rack einmal in Frankfurt und parallel dazu in einer anderen Region zu platzieren. Schomaker: „Wir schauen uns vor Ort genau an, welche Latenzen und Wechselwirkungen man beherrschen muss, um punktgenau auch außerhalb des Hotspots Frankfurt IT-Wärme zur Verfügung zu stellen.“

Keine endgültigen Antworten

Ziel des KI-Leuchtturmprojektes soll es allerdings nicht sein, finale Antworten auf die aufgeworfenen Fragestellungen zu liefern, sondern vielmehr, verschiedene Optionen für einen weit gefächerten Gestaltungsraum aufzuzeigen. Schomaker: „Wie man weiter damit umgeht und im Detail gestaltet, ist nicht Teil dieses Projekts. Es geht vielmehr darum, in Rechenzentren verschiedener Größen und Bauart aufzuzeigen, dass es möglich ist, in puncto Abwärmenutzung mit herkömmlicher Steuerung und Regelung in Kombination mit den Methodiken des maschinellen Lernens wesentlich effizienter zu sein als bisher.“

Alles in allem ist DC2HEAT auf sehr gutem Weg: So waren die Forscher und Wissenschaftlerinnen auch auf dem jüngsten Digitalgipfel der Bundesregierung vertreten, haben Zwischenergebnisse vorgestellt und vor Fachpublikum Rede und Antwort gestanden. Das im August 2023 gestartete Forschungsprojekt ist mittlerweile zu mehr als zwei Dritteln abgearbeitet, mindestens ein weiteres Drittel des Weges ist bis zum Sommer noch zurückzulegen. Nach Projektabschluss werden, wie bei öffentlich geförderten Projekten üblich, alle Ergebnisse auch öffentlich zugänglich gemacht.

(ID:50777090)