Seitenantrieb für KI-Rechenzentren Mit Sidecars zu 1 MW pro Rack

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Hyperscaler planen derzeit bis zu 1 Megawatt IT‑Last pro Rack und sprengen damit die klassische 48‑V‑Rack-Barriere. KI verschiebt den Engpass vom Server hin zur Stromarchitektur: Neben Beschleunigern, Netzwerktopologie und Kühlung rücken jetzt Strompfad, Rack-Aufbau, Schutztechnik und Wartbarkeit in den Vordergrund

Die bisher etablierte 48‑/54‑V‑Ebene lag im sicheren Niederspannungsbereich, stützte sich auf ein ausgereiftes Komponenten‑Ökosystem. Sie passte zu Leistungsdichten, bei denen sich Stromschienen, Power‑Shelves, Steckverbinder und Kabelwege noch ohne übermäßigen mechanischen und thermischen Aufwand in klassische Rack‑Layouts integrieren ließen.

Mit dem Aufkommen von KI‑Arbeitslasten kippt diese Rechnung: Je niedriger die Spannung, desto höher der Strom für dieselbe Leistung. Mit wachsender Stromstärke steigen jedoch Querschnitt, Gewicht und thermische Belastung der Strompfade. Hohe Ströme bedeuten mehr Kupfer, (im OCP-Design größere Busbars), schwerere Steckverbinder und mehr Verlustwärme. Damit aber schrumpft der nutzbare Raum für Compute, Netzwerk, Kühlung und Servicezugang.

Von heute typischen Lasten zwischen 50 und 100 Kilowatt (kW) pro Rack geht der Blick auf mehrere Hundert Kilowatt und perspektivisch bis zu 1 MW pro IT‑Rack oder 2x‑Rack‑Enclosure. In diesen Megawatt‑Zonen verdichten sich Stromversorgung, Flüssigkühlung und Netzwerkgewebe zu einem gemeinsamen Systemknoten. Bodenlast und Wartungsflächen rücken zu zentralen Optimierungsgrößen auf.

BESS ist eine Schlüsseltechnologie für die AI-Infrastruktren

Entwicklung serienreifer Batterie-Energiespeichersysteme für KI-Fabriken

Offene Spezifikationen, ausgehend von den Hyperscalern

OCP spezifiziert: Power Sidecars und 800VDC, Immersions-DLC-Kombis bei absehbaren Ronnabytes

Die Stromversorgung selbst muss, ähnlich wie Raum, Brandschutz, Netzwerktrassen, Kühlwasser, Messkonzept und Wartungszugang, möglichst früh und so konsequent wie möglich als integraler Bestandteil der nutzbaren IT‑Leistung geplant werden. Um die Stromstärken im Rack wieder in einen beherrschbaren Bereich zu bringen, rückt eine höhere DC‑Zwischenebene in den Fokus, deutlich oberhalb der bisherigen 48‑/54‑V‑Rack-Barriere und als Ausgangspunkt für Sidecar‑Konzepte wie „Mt. Diablo 400“.

Die Open‑Compute‑Project‑Community adressiert diese Verschiebung mit Projekt Mt. Diablo und der Diablo‑400‑Grundspezifikation für eine disaggregierte Power‑Rack‑Architektur. Weitere Mt‑Diablo‑Dokumente sollen die elektrischen, mechanischen und sicherheitstechnischen Details der 1‑MW‑Rack‑Architektur schrittweise präzisieren.

Der Mt. Diablo-Ansatz verschiebt die Stromversorgung aus dem IT‑Rack in ein benachbartes Sidecar. Dieses Power‑Rack übernimmt dann die dreiphasige AC‑Einspeisung, die AC/DC‑Wandlung und die Verteilung der höheren DC‑Ebene – typischerweise ±400 VDC – an ein oder mehrere IT‑Racks. Aus dem „Netzteil“ wird ein eigenes Rack‑System mit Schutzkonzept, Monitoring, Wartungslogik, getrennter Zugangskontrolle und klar definierten Schaltzuständen.

Dadurch kann das IT‑Rack auf Compute, Netzwerk und Kühlung hin optimiert werden. Der Platzbedarf für Netzteile und Power‑Shelves sinkt, die nutzbare Beschleuniger‑ und Interconnect‑Dichte steigt. Power und IT werden räumlich entkoppelt; im Rack selbst rücken Beschleuniger, Switches, Kühlverteiler und Servicezugang nach vorne.

Hinter Mt. Diablo steht ein gemeinsames Architekturvorhaben von Microsoft, Meta und Google, das die ±400‑VDC‑Sidecar‑Logik als OCP‑Spezifikation in die Breite tragen soll. Microsoft bringt dabei die „Azure“‑Plattformarchitektur und das ursprüngliche Rack‑/Sidecar‑Design ein, Meta fokussiert auf die Open‑Rack‑Integration und AI‑Pod‑Layouts, und Google ergänzt die Spezifikation um die Roadmap zu 1‑MW‑IT‑Racks und Flüssigkühlung im OCP‑Umfeld. Damit treiben ausgerechnet die Betreiber mit den größten KI‑Clustern jene Power‑Architektur voran, die ihre eigenen 1‑MW‑Racks künftig versorgen soll.

Parallel zu Mt. Diablo positioniert Nvidia eine 800 VDC Architektur für künftige „AI Factories“: Ab etwa 2027 sollen „Kyber“-Racks und nachfolgende Plattformen 1 MW Racks und darüber hinaus direkt aus einem 800 VDC Backbone versorgt werden – mit zentraler AC/DC Wandlung auf Facility Ebene, effizienten LLC Wandlern im Rack und einer wachsenden Partnerlandschaft aus Power Shelf , Halbleiter und Infrastrukturherstellern.

Während Mt. Diablo vor allem das Sidecar Modell für ±400 VDC am Rack standardisiert, avisiert Nvidia schon die nächste Ausbaustufe: eine durchgängige 800 VDC Versorgung, die AI Fabriken mit mehreren Megawatt pro Rack Gruppe versorgen soll.

Diabolische Lasten

Bei hohen Rack-Leistungen rücken die Leitungsverluste in den Vordergrund. Der ohmsche Verlust wächst mit dem Quadrat des Stroms; eine höhere Spannung senkt bei gleicher Leistung den Strom und damit Verluste, Kupferbedarf und Wärme im Strompfad.

Der eigentliche Vorteil der Sidecar-Architektur liegt weniger in ein paar Prozentpunkten Wirkungsgrad als in einem anderen mechanischen und thermischen Entwurf des Racks: weniger Strom auf den langen Pfaden, weniger Kupfermasse, weniger Wärme im Strompfad und mehr Spielraum für Beschleuniger, Netzwerktechnik und Flüssigkühlung.

Das Sidecar schafft Freiraum im IT‑Rack und reduziert den Zwang, immer mehr Stromversorgung unmittelbar neben die Beschleuniger zu stecken. Gleichzeitig verschiebt sich die Betriebsgrenze zwischen Elektrotechnik, KI‑Plattform, Kühlung und Serviceprozessen. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, diese Leistungen sicher, wartbar und effizient in bestehende Betriebsmodelle zu integrieren.

Das Sidecar‑Prinzip

Das Sidecar‑Prinzip verteilt die Funktionen räumlich neu zwischen IT‑Rack und Power‑Rack. Im IT‑Rack sitzen Compute‑Trays, Beschleuniger, Switches, Kühlverteiler, Cold Plates und die lastnahen DC/DC‑Stufen bis hinunter zu den Board‑ und Chipspannungen. Im Power‑Rack daneben befinden sich – je nach Architektur – AC/DC‑Wandlung, DC‑Verteilung, Schutz‑ und Steuerkomponenten sowie gegebenenfalls Batterie‑ oder Kondensatormodule für Kurzzeitpufferung und Lastglättung.

Das Konzept schafft eine neue mechanische und elektrische Kopplung direkt im Rack‑Pod: Das Power‑Rack liefert die höhere DC‑Ebene über Steckverbinder, Busbars und Schutzmodule an das IT‑Rack oder eine Rack‑Gruppe und steht in unmittelbarer Nähe der Verbrauchersysteme. Damit wird die Schnittstelle zwischen Power‑Rack und IT‑Rack zum kritischen Standardisierungspunkt. Durch einheitliche elektrische und mechanische Interfaces entsteht ein Ökosystem wiederverwendbarer Komponenten.

Dieser Ansatz verschiebt auch die Zuständigkeiten. Bisher ließen sich IT‑Rack, Stromversorgung, USV, PDU, Busway und Kühlung zwar gemeinsam planen, organisatorisch aber oft getrennt betreiben.

Verdichtete, skalierbare KI- und HPC-Architektur

OCP-Pod von Rittal integriert Compute, Kühlung und Stromversorgung

Beim Sidecar‑Modell liegt das Power‑Rack unmittelbar zwischen elektrischer Infrastruktur und Compute‑Plattform. Es ist kein normales Netzteil mehr, aber auch keine klassische Gebäude-Installation. Wartung, Ersatzteilhaltung, Schaltberechtigungen, Verriegelungen, Monitoring, Zugangsschutz, DCIM‑Anbindung und Notfallprozesse müssen als eigener Verantwortungsbereich neu gedacht werden.

Das Sidecar wird damit zu einem eigenen Betriebsobjekt im Rack‑Pod – mit klaren Schaltzuständen, sicheren Servicezugängen, definierten Messpunkten und nachvollziehbaren Alarmketten.

Diablo 400: disaggregiertes Power‑Rack vom Open Compute Project

Diablo 400 ist der Vorschlag der OCP‑Community für ein disaggregiertes Power‑Rack, das die Stromversorgung vom IT‑Rack löst und in ein eigenes, nahegelegenes Sidecar verlagert. Es liefert eine ±400‑VDC‑Zwischenebene an das IT‑Rack und übernimmt die leistungsstarken Verteilpfade, die bisher im Rack selbst lagen.

Diablo 400 ist weder ein fertiges Produkt noch eine Norm im regulatorischen Sinn, sondern ein Community‑Entwurf. Ziel ist es, durch gemeinsame Designkonventionen den Aufbau belastbarer Lieferketten und damit eines breiteren Ökosystems anzustoßen.

Mechanisch orientiert sich der Ansatz am Open‑Rack‑Umfeld. Im Zentrum steht die Vereinheitlichung von Steckverbindern und Gegenstücken für die höhere DC‑Ebene sowie der mechanischen Kopplung zwischen Power‑Rack und IT‑Rack. Wenn elektrische Interfaces, mechanische Maße, Steckverbinder, Schutzmodule und Power‑Rack‑Topologien gemeinsam spezifiziert werden, entsteht ein gemeinsames Koordinatensystem, an dem sich Rack‑Hersteller, Power‑OEMs, Komponentenlieferanten, Integratoren und Betreiber orientieren können.

Diablo 400 beschreibt damit mehr als nur eine elektrische Spannungsebene. In einem eigenen Power‑Rack kann ein Teil der Stromarchitektur über mehrere IT‑Rack‑Generationen hinweg nutzbar bleiben. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Interoperabilität, Abnahme, Dokumentation, Ersatzteilstrategie und Serviceprozesse.

Die Spezifikation adressiert Leistungsbereiche von 800 kW bis 1 MW und darüber hinaus; mehrere Power‑Racks lassen sich parallel zusammenschalten. Das KI‑Rack wird nicht mehr als einzelner Schrank gedacht, sondern als Teil eines Rack‑Pod‑Systems aus Compute, Power, Netzwerk und Kühlung.

Von 100 kW bis 1+ MW ohne Sonderbau

Ab etwa 100 kW pro Rack verändern sich die Spielregeln in der Planung, meist in Richtung direkter Flüssigkühlung. Bei mehreren Hundert Kilowatt ist sie kaum noch zu vermeiden.

Ein 1‑MW‑Rack ist eine Versorgungseinheit aus Strom, Kühlung, Netzwerk und Betrieb in einem Schrank. Die Diablo‑Spezifikation beschreibt dafür eine Modulararchitektur. Die Compute‑Zone, also die IT‑Rack‑Gruppe, bleibt in ihrer mechanischen und thermischen Auslegung möglichst konstant; das Sidecar wird in Abhängigkeit von Leistungsbedarf, Redundanzanforderungen und Backup‑Konzept skaliert und konfiguriert.

Wenn das Power‑Rack über mehrere IT‑Generationen hinweg nutzbar bleibt, lassen sich Investitionszyklen entkoppeln und Plattformwechsel im Compute‑Bereich erleichtern – vorausgesetzt, die Schnittstellen bleiben über Generationen hinweg standardisiert und abnahmefähig, so dass sie auch verschiedene Lieferanten, Plattformgenerationen, Schutzkonzepte und Wartungsmodelle zusammenzubringen.

AC‑to‑DC im Sidecar, DC/DC im IT‑Rack

Die technische Kette folgt einer klaren Logik: AC hinein ins Sidecar, DC‑Zwischenebene hinaus zum IT‑Rack. Dreiphasiger AC‑Eingang wird im Power‑Rack angenommen und dort auf eine höhere DC‑Zwischenebene gewandelt, bei Diablo 400 typischerweise auf ±400 VDC. Diese DC‑Ebene wird über Busbars, Steckverbinder und geschützte Ausgangsmodule an das IT‑Rack oder eine Rack‑Gruppe geführt.

Im IT‑Rack folgen die nachgelagerten DC/DC‑Stufen: von der höheren DC‑Ebene auf 48 V, in einigen Architekturen auch direkter in Richtung 12 V, und danach weiter über Intermediate‑Bus‑Converter, Voltage‑Regulator‑Module und Point‑of‑Load‑Wandler bis hinunter zu den Board‑ und Chipspannungen der Beschleuniger.

Viele bestehende Server‑ und Beschleunigerplattformen sind nicht dafür ausgelegt, eine 800‑V‑ oder ±400‑V‑Ebene direkt bis auf das Board zu führen. Rechenzentren werden daher nicht über Nacht von AC‑Verteilung und 48‑V‑Racks auf eine durchgängige 800‑V‑Architektur springen. Wahrscheinlicher ist eine Übergangsphase: Sidecars übernehmen AC/DC‑Wandlung und racknahe DC‑Verteilung; im IT‑Rack bleiben zunächst 48‑V‑Ökosysteme, während board‑ und chipnahe Wandler sich weiterentwickeln.

Die eigentlichen Fragen wirft die betriebliche Beherrschbarkeit auf: Welche Telemetrie gehört ins DCIM, welche in die Plattformsteuerung, wie werden Fehlerdomänen geschnitten und Zuständigkeiten abgegrenzt?

Leistungselektronik: GaN, LLC‑DCX und Matrix Transformer

Bei Megawatt‑Racks reicht es nicht, die Spannungsebene anzuheben. Die Leistungselektronik muss dichter, effizienter und thermisch beherrschbarer werden, denn jede Verlustleistung taucht als zusätzliche Wärme und Kühlaufgabe wieder auf. Wide‑Bandgap‑Halbleiter wie GaN und SiC spielen deshalb eine wachsende Rolle: Sie ermöglichen höhere Schaltfrequenzen, kleinere passive Komponenten und kompaktere Wandlungsstufen.

Das OCP‑nahe „Renesas‑Whitepaper“ beschreibt dafür eine typische Architektur: Eine höhere DC‑Ebene wird über einen isolierten 16:1‑DC/DC‑Wandler auf 48 V umgesetzt. Die LLC‑Direct‑Current‑Transformer‑Topologie arbeitet als hochfrequente, effiziente Wandlungsstufe; Matrix‑Transformer und GaN‑Schalter sollen Baugröße, Verluste und thermische Last reduzieren. Für den Datacenter‑Betrieb entscheiden diese Komponenten über den Wirkungsgrad, die Abwärme, das Modulgewicht, die Ersatzteilstrategie, Wartbarkeit und Fehlerdomänen.

Schutztechnik und Servicefähigkeit

Mit ±400 VDC oder 800 VDC verändert sich die Sicherheitslogik im Rack‑Umfeld. Gleichstrom verhält sich bei Fehlerfällen anders als Wechselstrom, DC‑Lichtbögen löschen nicht automatisch im Nulldurchgang. Steckverbinder, Trennstellen, Sicherungen, Schalter, Verriegelungen, Isolationsüberwachung und Notabschaltungen müssen deshalb auf die höhere DC‑Ebene ausgelegt sein. Das betrifft nicht nur das elektrische Design, sondern den gesamten Betriebsprozess.

Serviceability wird damit zum kritischen Faktor.

• Wer darf ein Sidecar öffnen?

• Welche Arbeiten kann das IT‑Team durchführen,

• welche gehören zwingend in die Hand elektrotechnisch qualifizierten Personals?

• Wie werden Power‑Module, BBU‑Einschübe, CBU‑Module, Schutzmodule oder ±400‑/800‑VDC‑Ausgänge gewechselt,

• welche Verriegelungen verhindern das Trennen unter Last,

• welche Messpunkte zeigen zuverlässig, ob ein Ausgang spannungsfrei, verriegelt oder fehlerhaft ist

• und welche Zustände müssen vor Ort, im DCIM und in der Plattformsteuerung sichtbar werden?

Diablo 400 adressiert diese Fragen über mechanische Merkmale, Schutzmodule, Türen, Intrusion‑Switches, Busbar‑Anordnung, Blind‑Mate‑Verbindungen, Telemetrie und optionale Redundanzkonzepte.

Lastsprünge, Batterien und Kurzzeitpuffer

KI‑Beschleuniger erzeugen keine ruhige Grundlast; Trainings‑ und Inferenzphasen können schnelle Lastwechsel verursachen. Deshalb rücken Kurzzeitpuffer näher an die IT.

Sidecars können Battery‑Backup‑Units, Kondensatormodule oder andere Energiespeicherelemente integrieren. Diese müssen nicht zwingend dieselbe Aufgabe erfüllen wie eine klassische USV für längere Überbrückungszeiten. Sie können auch dazu dienen, schnelle Lastsprünge zu glätten, Ride‑through‑Anforderungen zu erfüllen oder den DC‑Bus zu stabilisieren.

Bei KI‑Racks mit Sidecars entstehen so hybride Pufferkonzepte, sei es zentral, reihenbezogen, racknah oder direkt im Power‑Rack integriert. Für Betreiber wird wichtig, welche Pufferfunktion wo sitzt, wie sie überwacht wird und wie sie sich auf Brandschutz, Wartung und Ersatzteilhaltung ausspielt.

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