Keine KI ohne Fluids? Flüssigkühlung: Schub durch Generative AI

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Generative AI, in Zukunft wohl breit genutzt, verlangt stärkere Prozessoren. Die erzeugen mehr Abwärme, die dann 'entsorgt' werden muss. Das dürfte die Leistungsfähigkeit der Luftkühlung oft übersteigen – Aufwind für Flüssigkühlverfahren?

Gelingt der Flüssigkühlung allmählich der Sprung zum Mainstream? Einige Trends, die eine aktuelle Studie von Vertiv darstellt, unterstützen diese These.

So steigt die Nutzung rechenintensiver Applikationen wie Generative Künstliche Intelligenz und Machine Learning (ML) rasant an. Der Markt für Generative AI hat bereits heute ein Volumen von etwa 11 Milliarden Dollar – laut Daten von Forbes sollen es 2032 rund 152 Milliarden Dollar sein.

Viele Branchen nutzen diese Technologien: von der Medizin über die Chemie und Pharmazie bis zum Maschinen- und Fahrzeugbau oder der Logistik. Die Integration von AI in Suchmaschinen sorgt ebenfalls für mehr Leistungshunger in den Datacenter.

Chipleistungen steigen

Auf der Hardwareseite braucht man für diese Aufgaben leistungsstarke CPUs. Dazu kommen GPUs. Ein „Xeon Scalable“ mit AI-Beschleuniger braucht leicht 400 Watt. Der Nvidia-Beschleuniger „H100“ bringt es bei Spitzenauslastungen sogar auf 700 W.

Gleichzeitig streben Unternehmen zwar zögerlich, aber immerhin auch in der IT zu mehr Nachhaltigkeit. So hat IDC in einer Studie das Thema „IT und Nachhaltigkeit“ untersucht. Es beteiligten sich 210 deutsche Unternehmen oder Unternehmensniederlassungen.

61 Prozent von ihnen haben ein definiertes Nachhaltigkeitsprogramm oder eine Nachhaltigkeitsstrategie. Bei 71 Prozent haben sich dadurch die IT-Ausgaben erhöht.

Nachhaltigkeitsziele beeinflussen IT

Nachhaltigkeitsziele wie CO₂-Neutratlität (45 Prozent), der Aufbau eine entsprechenden Lieferanten- und Partnernetzwerks (45 Prozent), die Versorgung mit erneuerbaren Energien (43 Prozent) und Netto-Null-Emissionen (40 Prozent) gehen auch an der IT nicht vorbei. Kostenreduktionen sind mit 30 Prozent Nennungen ein wichtiger Treiber, denn Kohlendioxid wird zukünftig teuer.

24 Prozent der Befragten gaben an, dass veraltete Infrastruktur ihre Bemühungen beeinträchtigt. Zwar werden schon viel Nachhaltigkeitsparameter erfasst, hinsichtlich der IT allerdings erheblich seltener. So messen bislang erst 37 Prozent den Energieverbrauch ihrer IT-Infrastruktur und 29 Prozent deren Kohlendioxidausstoß. Das soll sich in den nächsten zwei Jahren gravierend ändern.

Flüssigkühlung ist noch nicht im Maßnahmenkatalog

Dass die Flüssigkühlung dazu beitragen könnte, hat sich aber bei den deutschen Unternehmen noch nicht herumgesprochen. Sie wollen vor allem alte Hardware austauschen, grüne Software (die es noch kaum gibt) einsetzen, einen besseren Energiemix verwenden und mehr Datacenter Infrastructure Management (DCIM) nutzen.

Allerdings konstatiert Vertiv für 2022 ein rapides Anwachsen der Flüssigkühlprojekte. So stieg die Größe der von Vertiv betreuten Maßnahmen von rund 20 Racks pro Projekt auf 50 und inzwischen Hunderte oder sogar Tausende von Racks.

Einstieg mit Teilimplementierung

Vertiv gibt an, im vergangenen Jahr mehrere MW direkt oder immersiv gekühlte Rechenkapazität gebaut zu haben. Sie wurden oft nicht sofort komplett für Flüssigkühlung ausgerüstet, aber darauf vorbereitet. Das spiegelt eine holistischere Sicht auf das Datacenter-Design wieder.

Inzwischen wird von den Serverherstellern der Einbau von Flüssigkühlung vereinfacht. So halten viele mehr Serverplatinen mit direkter Chipkühlung auf Lager. Damit können sie gewissermaßen im Plug-and-Play-Verfahren flüssig gekühlte Serverinfrastrukturen ausliefern.

Datacenter-Betreiber reduzieren Kohlendioxid

Außerdem steigt das Interesse von Rechenzentrumsentwicklern und -betreibern, den Kohlendioxidausstoß in ihrem Zuständigkeitsbereich zu verringern. Das legt unter anderem auch das Lieferkettengesetz nahe, demzufolge Unternehmen auch für das Verhalten upstream, also zum Beispiel beim Datacenter-Dienstleister, mit verantwortlich sind.

Cloud Provider sehen in Flüssigkühlung inzwischen einen Wettbewerbsvorteil. Co-Location-Anbieter kommen damit dem Bedarf ihrer Kunden entgegen.

Weniger Strom, weniger Emissionen durch Flüssigkühlung

Flüssigkühlung hat eine Reihe günstiger Effekte: Sie verringert den Stromverbrauch der Einrichtungen, senkt die Emissionen beispielsweise von Generatoren, die fossil gespeist werden und senkt die Transformationskosten auf dem Weg zum Net-Zero-Datacenter.

Vertiv erlebte 2022 häufig die Einführung von Flüssigkühlung in bislang luftgekühlte Rechenzentren. Dieses Verfahren wird beispielsweise gern von Unternehmen für einzelne Pods verwendet, die ansonsten luftgekühlte Infrastrukturen betreiben.

Flüssigkühlung im luftgekühlten RZ ist disruptiv

Dabei treten spezifische Probleme und Fragen auf, die durch entsprechende Best Practises beantwortet werden. Denn laut Vertiv ist die Einführung von Flüssigkühlung in ein luftgekühltes Rechenzentrum ein disruptiver Vorgang.

Es gilt, den aktuellen und zukünftigen Bedarf gegen die Bereitstellungs- und Anschaffungskosten abzuwägen. So ist es unter Umständen sinnvoll, zwei oder drei Rechnerräume für Flüssigkühlung auszurüsten, obwohl aktuell nur einer gefüllt werden kann. Aber hier helfen nur individuelle Abwägungen.

Vertiv konstatiert auch eine komplexere Anbieterlandschaft. Denn viele neue Anbieter kommen derzeit auf den Mark. Unklar ist, wie stabil diese Unternehmen sind und wie gut sie anspruchsvolle Kunden unterstützen können.

Ein anderes Problem ist die Kühlmittelverteilung: Sie muss unter allen Umständen gleichmäßig sein und auch für Spitzenlasten ausreichen. Hier fehlt es noch an praktischen Erfahrungen.

Green Grid entwickelt TCO-Modelle

Derzeit arbeitet The Green Grid an TCO-Modellen für Flüssigkühltechnologien. Hier geht es um Optimierungsfaktoren hinsichtlich der Luftzufuhr, der Kühlwasserzufuhr und der sekundären Eingangstemperaturen. Sie alle scheinen Rückwirkungen auf die TCO zu haben.

Als besonders effektiv gilt die Kühlung mit heißem Wasser. Sie maximiert die Systemeffizienz und erhöht die Chance, Abwärme nutzbar zu machen. Auch die Best Practices in Hinblick auf Installation, Wartung und Inbetriebnahme sind noch nicht ausgereift.

Standardisierungsschub 2024?

Bei der Standardisierung könnte es laut Vertiv im kommenden Jahr signifikant vorangehen. Das betrifft bei der Immersionskühlung die Standardisierung der Materialkompatibilität der Flüssigkeiten. Klare Regeln würden sich auf die Garantiebedingungen auswirken, die bislang ein Hindernis für die Ausbreitung der Technologie waren.

Die direkte Chipkühlung profitiert von der Arbeit des Open Compute Project und von Open19, inzwischen einer Initiative der Linux Foundation. Open19 gibt es seit 2016. Gründer waren LinkedIn, HPE und Vaporio. Gemeinsam entwickelten sie einen innovativen 19-Zoll-Rack-Standard, ein so genanntes Brick Cage für Server im Bausteinformat, die sich dann per Plug and Play ins Rack einbauen und dort an eine Hochleistungs-Stromversorgung anbinden lassen. Zum Rack gehört auch eine Verteilung für eine Kühlflüssigkeit.

Auf dem Weg zum Mainstream

Laut Vertiv ist Flüssigkühlung auf dem besten Weg, im Jahr 2023 Mainstream-Rang zu erreichen. Ganz einfach deshalb, weil der Markt und die Leistungen der Systeme es inzwischen verlangen. Der langsame Abschied von der Luftkühlung dürfte damit begonnen haben.

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