Patent für die Datacenter-Kühlung

Microsoft setzt Rechenzentren unter Druck, Hochdruck

| Autor: Ulrike Ostler

Unter Druck erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit, so dass sich mehr Server-Hitze ableiten ließe, so die Überlegungen.
Unter Druck erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit, so dass sich mehr Server-Hitze ableiten ließe, so die Überlegungen. (Bild: Michael Schwarzenberger auf Pixabay)

Im US-Patent „10,426,062B1“, das Microsoft erteilt wurde, steht, wie sich mittels Hochdruck in hermetische abgeschlossenen Einhausungen beziehungsweise Containern, die erhöhte Wärmekapazität dafür nutzen lässt, mehr Wärme aus den IT-Systemen abzuleiten.

Ein höherer Druck macht die „Luft“ dichter und erhöht ihre Wärmekapazität - und damit die Wärmemenge, die sie aus IT-Systemen ableiten kann. Das Patent sieht eine Auswahl von Gasen unter verschiedenem Druck vor. Dazu heißt es: „Das Gas könnte gemäß einigen Ausführungsformen unter Druck gesetzt werden, von mindestens dem 2-fachen des Standarddruck bis zum 5-fachen.“ Zu den genannten Gasen gehören normale Luft - mit Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Kohlendioxid – und Inertgase wie reiner Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2), Schwefelhexafluorid (SF6) sowie eine Kombinationen daraus.

Schwefelhexafluorid ist ein Inertgas mit hoher Molmasse, das bereits als dielektrisches Medium für Hochspannungs-Leistungsschalter, Schaltanlagen und andere elektrische Geräte verwendet wird. In dem Microsoft-Patent steht, dass in einem hermetisch abgeschlossenen Rechenzentrum, das bei „SF6“ hinterlegt ist, Lüfter mit 25 Prozent der Standardstufen betrieben werden können, während der Wärmetransport fast siebenmal so effektiv ist.

Aus der Patentschrift 10,426,062B1: „Mindestens eine Seite des hier dargestellten Containers kann eine hermetisch abgedichtete elektrische und/ oder optische Durchführung beinhalten. Diese bietet eine Möglichkeit, den die Server mit einem Element außerhalb des Innenbereichs, zum Beispiel mit einer Stromquelle und/oder einem anderen Rechenzentrum, zu verbinden, und einen Mechanismus zur Wärmeabfuhr aus dem Container zu nutzen, etwa einen Flüssigkeitskreislauf beziehungsweise Wärmetauscher.“
Aus der Patentschrift 10,426,062B1: „Mindestens eine Seite des hier dargestellten Containers kann eine hermetisch abgedichtete elektrische und/ oder optische Durchführung beinhalten. Diese bietet eine Möglichkeit, den die Server mit einem Element außerhalb des Innenbereichs, zum Beispiel mit einer Stromquelle und/oder einem anderen Rechenzentrum, zu verbinden, und einen Mechanismus zur Wärmeabfuhr aus dem Container zu nutzen, etwa einen Flüssigkeitskreislauf beziehungsweise Wärmetauscher.“ (Bild: Microsoft)

Der Haken: Obwohl SF6 nicht brennbar und ungiftig ist, ist es das stärkste Treibhausgas, wie das Intergovernmental Panel on Climate Change festhält, mit einem Treibhauspotenzial über einen Zeitraum von 100 Jahren, das 23.900 mal höher ist als bei CO2. Dabei bleibt das Gas geschätzt über 800 bis 3.200 Jahre in der Atmosphäre. Und jede Einheit, auch ein hermetisch abgeschlossenes Rechenzentrum, würde zwangsläufig eine kleine Menge des Gases entweichen lassen. Nach Angeben von USV-Hersteller Eaton, das Schaltanlagen ohne SF6 herstellt, könnten die Leckagen bei Schaltanlagen während ihrer ´Lebensdauer` bis zu 15 Prozent betragen.

Das Microsoft-Patent jedoch geht nicht auf das Risiko von Leckagen ein, sondern beschreibt ein Gas-Management-System in unterschiedlichen Ausprägungen. Es könnte ein automatische Druckmessung installiert sein und hinterlegte Grenzwerte, mit denen bestimmt wird, ob der Druck zu niedrig oder zu hoch ist. Außerdem ist könnte konstant die Zusammensetzung des Gasgemischs bestimmt werden. Auch an eine weitgehend automatischen Drucksteuerung und Anpassung der Gaszusammensetzung ist gedacht. Zudem muss eine Sicherheitstür für den menschlichen Zugang gesteuert werden.

Die Tabelle aus der Patentschrift 10,426,062B1 zeigt deutlich, warum Schwefelhexafluorid (SF6) für die Kühlung unter erhöhtem Druck geeignet wäre.
Die Tabelle aus der Patentschrift 10,426,062B1 zeigt deutlich, warum Schwefelhexafluorid (SF6) für die Kühlung unter erhöhtem Druck geeignet wäre. (Bild: Microsoft)

Das Patent weist darauf hin, dass eine Beleuchtung vorgesehen ist, die Menschen etwa für Wartungsarbeiten dienlich sind. Als muss es Sicherheitstüren und ein Gas-Management geben, das den Zutritt ermöglicht. Wo bereits ähnliche Druckbehälter bereits zum Einsatz kommen, ist im Projekt „Natick“, also im Unterwasser-Rechenzentrum von Microsoft, das so gut wie ohne Wartungen auskommt. Zu diesem gehört eine 12-Rack großer Stickstoffbehälter. Allerdings heißt es auf der Projekt-Website

Verantwortlich für das Patent ist Winston Saunders, Manager of Advanced Datacenter Development bei Microsoft. Zuvor war er mehr als 20 Jahre bei Intel in verschiedenen Funktionen tätig, unter anderem als Direktor für Energie-Initiativen im Rechenzentrum.

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