Stromfluss ohne elektrischen Widerstand, Energieverluste, Hitze und Spannungsabfälle Microsoft setzt auf Hochtemperatur-Supraleiter

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Bei Tests zur Stromversorgung von Server-Racks in Rechenzentren haben Hochtemperatur-Supraleiter ihr Potenzial Rechenzentren effizienter und leistungsfähiger zu gestalten bereits unter Beweis gestellt. Jetzt forscht Microsoft daran, die Technologie nutzbar zu machen.

Da die Nachfrage nach KI und datenintensiver Datenverarbeitung stetig steigt, ist eine effiziente und zuverlässige Stromversorgung von entscheidender Bedeutung. Hier kommen die Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) ins Spiel. Die Technologie kann Übertragungsverluste erheblich reduzieren und damit die Energie-Effizienz in den Rechenzentren verbessern. In seinem Blog-Beitrag hat Alistair Speirs, General Manager of Global Infrastructure Marketing, die Vorteile und was der Tech-Gigant vorhat zusammengetragen:

Supraleiter lassen Strom ohne Widerstand fließen. Das bedeutet, dass sich Strom effizienter transportieren und die Kapazität schneller erhöhen lässt. Microsoft untersucht, wie diese Technologie Stromnetze stabiler machen und die Auswirkungen von Rechenzentren auf die umliegenden Gemeinden verringern könnte.

Da Supraleiter weniger Platz benötigen, um große Strommengen zu transportieren, könnten sie helfen, sauberere und kompaktere Systeme zu bauen, so die Annahme. 'Partners in crime' sind Microsoft arbeitet mit Partnern wie VEIR, American Superconductor Corporation (AMSC) und Systemintegratoren.

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Der Einsatz dieser Technologie könnte also die Art und Weise verändern, wie Strom durch die Cloud fließt, und KI sowie andere anspruchsvolle Workloads unterstützen. Um dies zu ermöglichen, müssen traditionelle Stromversorgungsdesigns und die Art und Weise, wie Rechenzentren heute Strom transportieren, überdacht werden.

Kupfer und Aluminium sind zwar gute Leiter und werden heute in den meisten Verkabelungen und Stromleitungen von Cloud-Infrastrukturen verwendet. HTS-Kabel sind sie kleiner und leichter und erzeugen weder Wärme noch Spannungsabfälle, wenn Strom durch sie fließt.

Im Mittelpunkt dieser Technologie stehen skalierbare, hochverfügbare Kühlsysteme, die die HTS-Kabel auf den kryogenen Temperaturen halten, die für die optimale Betriebsleistung der Microsoft-Rechenzentren erforderlich sind. Bei Kupfer stößt der elektrische Strom auf jedem Schritt auf Widerstand, wodurch Effizienz verloren geht, Wärme entsteht und die Strommenge begrenzt wird, die wir transportieren können.

Supraleitende Materialien verhalten sich anders: Sobald sie gekühlt sind, schaffen sie einen Weg, auf dem der Strom ohne Widerstand fließen kann, wodurch Verluste und Wärmeentwicklung vermieden werden und die Begrenzung der Übertragungsreichweite aufgehoben wird.

HTS ist keine neue Technologie und wird seit Jahrzehnten in den Bereichen Energie, Verkehr und Spitzenforschung erforscht. Erst seit kurzem aber würden die wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Aspekte dieser Technologie ihren Einsatz im Cloud-Maßstab von Microsoft rentabel machen. Denn die Rechenzentren können von HTS profitieren, da sie enorme elektrische Lasten auf kompakter Fläche konzentrieren.

Herkömmliche Leiter zwingen Betreiber dazu, sich zwischen der Erweiterung von Umspannwerken, dem Hinzufügen weiterer Zuleitungen, der Verringerung der Installationsdichte oder der Einschränkung des Wachstums zu entscheiden. Supraleiter lösen diesen Zielkonflikt.

In den Rechenzentren ermöglicht eine höhere Stromversorgung direkt an den Racks die Unterstützung von Workloads mit hoher Dichte und hoher Leistung bei verbesserter Effizienz. So sind HTS-Kabel leichter als Kupferkabel und können Strom über größere Entfernungen leiten, was eine weitere Optimierung der Stromverteilung über Racks und Pods hinweg ermöglicht und potenzielle Engpässe verringert.

In der Praxis hat HTS bereits gezeigt, dass sich die Größe der Stromkabel bei der direkten Stromversorgung eines Server-Racks um eine Größenordnung reduzieren lässt. Das eröffnet neue Möglichkeiten für die Stromverteilung innerhalb eines Rechenzentrums.

Die HTS-Technologie unterstützt die langfristigen Cloud-Pläne von Microsoft. Denn während die KI-Systeme wachsen, stellt die Stromversorgung nach wie vor die größte Herausforderung dar. Durch die Modernisierung unserer Stromversorgungssysteme mit Supraleitern könnte es in Zukunft sogar ermöglichen, neue Arten von Rechenzentren zu konzipieren.

Microsoft benötige Stromversorgungssysteme, die eine dynamische Skalierung der elektrischen Kapazität ermöglichten, ohne dass eine völlig neue Energiei-Ifrastruktur erforderlich sei. Supraleitende Übertragungsleitungen der nächsten Generation bieten bei gleicher Spannung eine um eine Größenordnung höhere Kapazität als herkömmliche Leitungen. Dadurch können sie den Ausbau und die Vernetzung von Rechenzentrumsstandorten beschleunigen und die Bereitstellung von Rechenleistung vorantreiben.

Zwar stellten Supraleiter einen grundlegenden Wandel für Rechenzentren und das Stromnetz dar, doch um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, müssten traditionelle Annahmen über Stromversorgungssysteme überprüft und die heutigen Ansätze zur Stromübertragung und zum Design von Rechenzentren überdacht werden.

Aus Sicht des Stromnetzes minimieren HTS-Leiter den Spannungsabfall entlang der Übertragungsleitungen und können zur Begrenzung von Fehlerströmen eingesetzt werden. Noch wichtiger sei, dass diese Technologie den physischen und sozialen Fußabdruck der Strominfrastruktur verringere und damit die Auswirkungen auf die lokalen Gemeinden mindere.

Darüber hinaus erfordert der Ausbau der Stromversorgung in der Regel komplexe Maßnahmen, darunter die Erhöhung der Stromerzeugungskapazität sowie die Verbesserung der Übertragungs- und Umspannwerkssysteme. HTS-Übertragungsleitungen können die gleiche Strommenge wie herkömmliche Systeme bei niedrigerer Spannung übertragen, wodurch die Abstandsflächen und die erforderlichen Trassenbreiten reduziert werden. Dieskönne zu einer besseren Raumnutzung führen, was die Auswirkungen der Bauarbeiten verringere, die Bauzeiten verkürze und den Druck auf die umliegenden Gemeinden mindere.

Microsoft führt ein Beispiel in Chicago an.

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