Plitsch-Platsch: Die Server gehen baden Der Datacenter-Energiebedarf sinkt, die Datenmenge steigt - kein Paradoxon

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Es geht kaum sparsamer und Energie-effizienter: Eine Immersionskühlung kann zu Gesamteinsparungen von 0,50 bis 1,10 Dollar pro Watt führen. Und der Wert für Power Usage Effectiveness sinkt. Wo liegt das Problem?

Nach Angaben der Internationalen Energie-Agentur entfallen auf Rechenzentren etwa 1,5 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs. Da die Datenmengen weiter explodieren, nimmt auch die Nutzung von Rechenzentren exponentiell zu.

Der Markt für Rechenzentren, der sich auf Unternehmen, Co-Location und Hyperscaler verteilt, dürfte bis 2032 ein Volumen von 741 Milliarden Dollar erreichen. Mit der Verlagerung der Datenverarbeitung an den Rand der Wertschöpfungskette (Edge Computing) entstehen zusätzliche Anforderungen an die Verarbeitungsleistung, was den Energieverbrauch in die Höhe treibt.

Aufgeschlüsselt entfallen etwa 25 Prozent des Energieverbrauchs von Rechenzentren auf die Verarbeitung. Die meiste Energie benötigt jedoch für die Kühlung – insgesamt zwischen 40 Prozent und 50 Prozent. Daher müssen alle Bemühungen, Rechenzentren nachhaltig zu gestalten, auch berücksichtigen, dass die Kühlung und der Betrieb effizienter werden.

Innovationen in der Kühlung von Rechenzentren

Herkömmliche Kühlmethoden, bei denen kalte Luft umgewälzt wird, sind in einigen älteren Rechenzentren immer noch weit verbreitet. Aufgrund des hohen Wasserverbrauchs (Millionen Liter) ist die Nachhaltigkeit dieser Methoden jedoch fraglich.

Kaltwasserkreisläufe in Servernähe verbessern die Effizienz und reduzieren den Energieverbrauch – allerdings nur geringfügig. Eine Innovationen im Bereich der Kühlung ist die Immersionskühlung, bei der die Prozessoren in Flüssigkeitskühlsysteme getaucht werden. Diese verwenden eine hochwertige dielektrische Flüssigkeit.

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In einem aktuellen Projekt arbeitet Infosys mit Shell zusammen. Es geht dabei um das Immersion Cooling Fluid, eine synthetische, Single-Phase Immersion Kühlflüssigkeit. Ziel ist es, die Energie-Effizienz und die Leistung von Servern und IT-Komponenten zu maximieren.

Diese Methode erfordert zwar Investitionen, reduziert aber auch den Luft- und Wasserverbrauch – und führt so zu erheblichen Energie-Einsparungen. Darüber hinaus ist diese Kühlflüssigkeit nachhaltiger. Auch Probleme hinsichtlich Kühleffizienz und Leckagen, die bei herkömmlichen luftgekühlten Rechenzentren auftreten, lassen sich so lösen. Shell hat die Immersionskühlung bereits in seinen Rechenzentren in Texas eingesetzt.

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Eine wirksame Prozessorkühlung in Rechenzentren erfordert sorgfältiges Management der Kühlmitteltemperatur, der Dichteschwankungen und des Absaugprozesses, der häufig einen externen Motor erfordert. Eine kontinuierliche Kontrolle ist unerlässlich, um die Kühlung entsprechend der Prozessorlast zu optimieren; denn dies kann bei intensivem Betrieb stark schwanken. Das gesamte Energie-Ökosystem, insbesondere unter Einbezug erneuerbarer Energiequellen, muss ebenfalls kontinuierlich kontrolliert werden, um Bedarf und Angebot effizient abzubilden.

Nichtsdestotrotz kann eine effiziente Immersionskühlung zu Gesamteinsparungen von 0,50 bis 1,10 Dollar pro Watt führen, wobei das Potenzial für höhere Investitionseinsparungen gegeben ist. Bei einer Rechenzentrumslast von zwei Megawatt können die Einsparungen in der Investitionsphase zwischen ein und zwei Millionen Dollar und hinsichtlich der Energie-Einsparungen eine Million Dollar pro Jahr betragen. Auf der Betriebsebene lässt sich der durchschnittliche Stromverbrauchseffektivität (PUE) in Rechenzentren von 1,4 auf 1,2 senken.

Zukunfts- und KI-fähig

Die Bedeutung einer umweltfreundlichen Energieversorgung lässt sich nicht hoch genug einschätzen, um Rechenzentren in die Lage zu versetzen, ihre Ziele in Bezug auf kohlenstofffreie Energie zu erreichen. Dies kann ihren CO₂-Fußabdruck durch die Verringerung der Scope-1- und Scope-2-Emissionen erheblich reduzieren.

Durch KI wächst die Datenmenge erheblich – und dadurch auch die Nachfrage nach Rechenzentren. Da traditionelle Rechenzentren oft nicht ausreichen, um den Bedarf an Datenspitzen und Flexibilität zu decken, gehen Unternehmen zunehmend zu containerisierten oder modularen Rechenzentren über. Diese sind im Vergleich sechsmal leistungsfähiger und dichter. IoT, KI und auf Nachrüstung basierende Energie-Effizienzlösungen sind in der Lage, die Effizienz des Betriebs deutlich zu verbessern.

Gleichzeitig ist KI auch ein wertvolles Instrument, um nicht nur die Datenlast und den Datenzufluss, sondern auch den entsprechenden Anstieg des Energieverbrauchs in Rechenzentren vorherzusagen. KI unterstützt dabei, Datentrends kurz- und langfristig zu analysieren und den Betrieb entsprechend effizienter zu gestalten.

Wo KI sinnvoll ist

So kann KI in einem Rechenzentrum des Gesundheitswesens beispielsweise das Datenwachstum prognostizieren. Dies basiert auf Fortschritten bei medizinischen Systemen und IoT-fähigen Geräten, die umfangreiche Daten erzeugen. Krankenhäuser sind damit imstande, den erhöhten Bedarf an Datenspeicherung und -verarbeitung zu planen.

KI lässt sich auch auf bestimmte Branchen zuschneiden, um den Datenfluss von verschiedenen Systemen zu modellieren. Damit sind Unternehmen fähig, die Effizienz zu berechnen und zu prognostizieren – und wissen somit, wann ein Rechenzentrum erweitert werden muss, beispielsweise in zwölf bis 18 Monaten. Unternehmen können so identifizieren, ob ihre bestehende Infrastruktur zu ihren Anforderungen passt oder erweitert werden muss.

Der zunehmende Einsatz von KI erhöht die Auslastung von Rechenzentren, was im schlimmsten Fall zu einer Verdoppelung des Stromverbrauchs in Rechenzentren bis 2026 führen könnte. Dies würde nicht nur höhere Kosten bedeuten, sondern auch ein Hindernis für den Kampf gegen den Klimawandel darstellen.

KI unterstützt effiziente und nachhaltige Rechenzentren

Länder wie Dänemark haben sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um 70 Prozent zu senken und bis 2050 kohlenstoffneutral zu werden. Sie müssen diese Herausforderung dringend angehen. In der EU sollen die Vorschriften für die Berichterstattung über Rechenzentren geändert werden, um den Energieverbrauch in den zehn Jahren zwischen 2020 und 2030 um 11,7 Prozent zu senken.

Diese Entwicklungen erfordern erhebliche Anstrengungen und rasches Handeln, um Rechenzentren nachhaltig und kosteneffizient zu gestalten. Künftige Rechenzentren müssen unter den Gesichtspunkten einer umweltfreundlichen Energieversorgung, einer Energie-effizienten Kühlung und eines Energie-effizienten Betriebs eingerichtet werden.

Die Immersions-Kühltechnologie ist ein Schritt in die richtige Richtung: Sie bietet eine praktikable Alternative, um die thermischen Belastung und der Gesamtbetriebskosten zu reduzieren.

Gleichzeitig verbessert sich die Flächeneffizienz. Wichtig ist, dass sich dadurch auch der Wasserverbrauch um 91 Prozent senken lässt. KI spielt eine entscheidende Rolle, um den künftigen Bedarf von Rechenzentren vorherzusagen und zu verwalten. Unternehmen sind damit in der Lage, effektiv die steigende Nachfrage nach Rechenleistung zu planen.

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