Zweiphasiges Immersion Cooling Gigabyte setzt auf Liqidstack-Infrastruktur für die Tauchkühlung

Von Ulrike Ostler

Nun ermöglicht auch Gigabyte Immersionskühlung. Zu diesem Zweck geht der Hardwarehersteller eine Partnerschaft Liquidstack ein. Das Unternehmen, das seinen Sitz in Hongkong hat, gehört zu den Pionieren bei der Entwicklung solcher Art von Kühllösungen, die sich insbesondere für eine hohe Serverdichte eignet. Seit 2012 bereits setzt das Unternehmen Immersionskühlungstechnologie im kommerziellen Betrieb ein.

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Zum Testen der eigenen Server und der Immersionskühlung von Liquifstack hat Gigabyte einen 'Pod' entwickkelt. Darain passen 2HE-'Standardserver".
Zum Testen der eigenen Server und der Immersionskühlung von Liquifstack hat Gigabyte einen 'Pod' entwickkelt. Darain passen 2HE-'Standardserver".
(Bild: Gigabyte)

Liquidstack hat Immersionskühlungs-Datacenter mit 40 Megawatt (MW) und 120 MW IT-Lastkapazitäten geschaffen. Grundlage ist eine Zweiphasen-Tauchkühlung. Technologiepartner ist 3M, Hersteller der Kühlflüssigkeit.

Bei dieser Art der Kühlung werden die elektronischen Komponenten in ein Bad aus dielektrischer Wärmeübertragungsflüssigkeit getaucht, die ein viel besserer Wärmeleiter ist als Luft, Wasser oder Öl. Mit einem niedrigen Siedepunkt von 50 Grad siedet die Flüssigkeit an der Oberfläche der Wärme-erzeugenden Komponenten, also Compute- und Storage-Nodes, und der aufsteigende Dampf sorgt passiv für die Wärme-Übertragung.

Im Gegensatz zur Öltauchkühlung sind Zweiphasen-Tauchkühlflüssigkeiten „sauber, umweltfreundlich und nicht brennbar“. Es werden keine Pumpen und Düsen benötigt, um die Hardware zu kühlen. Die Zirkulation erfolgt passiv durch den natürlichen Prozess der Verdunstung und ohne zusätzlichen Energie-Aufwand.

Die Vorteile der Immersionskühlung

Diese Einfachheit macht herkömmliche Kühlgeräte überflüssig und führt zu einer besseren Kühleffizienz. Im Vergleich zur herkömmlichen Luft-, Wasser- oder Ölkühlung wird durch diesen passiven Prozess viel weniger Energie verbraucht. Der Hersteller gibt für die erwähnten Datacenter einen PUE von 1,01 an.

Das hat dann auch enorme Auswirkungen auf die Kosten. Im Vergleich zu luftgekühlten Systemen spricht Gigabyte von einem Effizienzvorteil, der bei mehr als 90 Prozent liegen soll - einschließlich des Serverstromverbrauchs und der Klimatisierungskosten.

Wie auch andere Anbieter von Immersionskühlungstechnik hebt Gigabyte hervor, dass die Komponenten keinen Temperaturschwankungen unterworfen sind, was das Ausfallrisiko verringert. Außerdem sind naturgemäß keine Kühlgebläse erforderlich, wodurch eine Beeinträchtigung durch Vibrationen vermieden werde.

Von oben auf das Teststellungssystem von Gigabyte geschaut.
Von oben auf das Teststellungssystem von Gigabyte geschaut.
(Bild: Gigabyte)

Platzsparend sind solche Tauchbäder ohnehin: Da keine Kühlkörper und Lüfter benötigt werden, können die Computerteile näher beieinander platziert werden, was die Rechenleistung auf gleichem Raum um das Zehnfache steigen lässt.

Passives Kühlsystem bedeutet, dass keine unnötigen Teile gebaut oder gewartet werden müssen. Damit eigne sich eine solche zweiphasige Tauchkühlung insbesondere für abgelegene Standorte wie Edge-Computing-Stationen, argumentieren nicht nur Gigabyte und Partner, sondern auch die Konkurrenz und das Open Compute Project. So gehört Edge Computing und 5G neben Anwendungen der Künstlichen Intelligenz und des Machine Learning, der Blockchain- und Kryptowährungsrechnerei sowie des Hochgeschwindigkeitshandels zu des adressierten Einsatzgebieten.

Die Funktionsweise der Zwei-Phasen-Tauchkühlung

Server oder andere IT-Komponenten werden in eine wärmeleitende dielektrische Flüssigkeit oder Kühlflüssigkeit getaucht. Die Wärme wird dem System entzogen, indem die Flüssigkeit in direktem Kontakt mit den heißen Komponenten zirkuliert, wobei die Flüssigkeit einen Verdampfungsprozess mit niedriger Temperatur durchläuft, um die heißen Komponenten zu kühlen und die Wärme aus der Flüssigkeit zu übertragen. Das Gas wird durch einen Wärmetauscher, zum Beispiel eine Kondensatorschlange, abgekühlt, um einen Rückfluss in das größere Flüssigkeitsvolumen zu ermöglichen.

Die Zweiphasen-Immersionskühlung ist ein geschlossener Kühlkreislauf und in puncto Effizienz kaum schlagbar.
Die Zweiphasen-Immersionskühlung ist ein geschlossener Kühlkreislauf und in puncto Effizienz kaum schlagbar.
(Bild: Gigabyte)

Im Gegensatz zu anderen Herstellern verwendet die Liquidstack ein `offenes Bad´, bei dem ein Tank mit einer größeren Menge an dielektrischer Flüssigkeit verwendet wird, in den mehrere Server eingetaucht sind und sich dieselbe Flüssigkeit teilen. Das heißt nicht, dass der Tank geöffnet wäre. Er ist vollständig verschlossen und lässt sich zur Wartung der IT-Ausrüstung von oben öffnen.

Die Eintauchkühlflüssigkeit von 3M

3M stellt schon seit der 1950er Jahren Eintauchkühlflüssigkeiten her, als 3M seine ersten dielektrischen fluorchemischen Wärmeübertragungsflüssigkeiten für die Direktkontaktkühlung in der militärischen Avionik einführte. Seit fünf Jahren werden die Fluorinert-Liquide in der Serverkühlung verwendet.

Sie sind klar, farblose, nicht leitend, nicht entflammbar, rückstandsfrei, thermisch und chemisch stabil. Sie haben einen extrem engen Siedebereich, so dass sich die Zusammensetzung im Laufe der Zeit nicht ändert und gleichbleibende Transporteigenschaften gewährleistet sind.

3M wirbt damit, dass seine Fluorinert-Flüssigkeiten die höchste Durchschlagsfestigkeit und den höchsten elektrischen Widerstand aller organischen Flüssigkeiten haben, auch besser als Luft. Und im Gegensatz zu Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten wie Mineralöl sind die 3M-Flüssigkeiten vollständig fluoriert. Das bedeutet, dass sie wenig oder gar kein Lösungsvermögen für Kohlenwasserstoffe haben.

Dementsprechend sind Komponenten, die der Flüssigkeit entnommen werden, trocknen fast sofort, kleben nicht und sind nicht ölig. Daher besteht laut Anbieter keine Notwendigkeit, Gummimatten, Tücher oder andere Materialien vorzubereiten, wenn die Server zur Wartung entnommen werden.

Die Server, die Gigabyte dafür vorgesehen hat, tragen die Bezeichnungen „G292-2G0“, „G292-Z43“, „G292-280“, G292-Z44“ und „H261-Z61“. Sie passen allesamt in die dafür vorgesehene Einheit für Tests und Validierung (Immersion Cooling POC, Proof of Concept). Diese Einheit ist vollständig kompatibel mit unseren Servern mit 2U-Formfaktor. Auf Anfrage kann die Einheit auch für andere Formfaktor-Modelle (1U oder 4U) modifiziert werden.

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