Wie stellen Rechenzentren auf Flüssigkühlung um? Wasser und Öl für Server: Schritt für Schritt zum Durchbruch

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Der Flüssigkühlung gehört die Zukunft. Darüber ist sich die Fachwelt inzwischen einig. Doch was sind die entscheidenden Argumente dafür? Und wie sieht es mit der Überwindung sattsam bekannter Hindernisse aus? Davon handelt der einleitende Artikel einer Serie zu der Frage, wie der Weg zur Flüssigkühlung auch bei Bestandsrechenzentren aussehen könnte.

Zu teuer! Zu kompliziert! Zu groß! Zu unbekannt! Zu wenig Hersteller! Schwer zu warten! Schlechter Support! Risikoreich in der Anwendung! Dies sind nur einige der geläufigen Vorurteile, die gegen Flüssigkühlung im Rechenzentrum auch heute noch kursieren.

Zunächst ein wenig Grundlegendes: Die Energiedichte von Racks steigt dank immer leistungsfähigerer Komponenten und Anwendungen an. Insbesondere High Performance Comouting (HPC), AI und ML treiben das Energiebudget beim Rechnen in die Höhe. Ab Rack-Leistungen von rund 30 Kilowatt (kW) sehen auch Luft-Optimisten dieses als Kühlmittel am Ende.

Nachhaltigkeit immer wichtiger

Gleichzeitig steigen die Nachhaltigkeitsanforderungen. Der Druck kommt teilweise aus der Gesellschaft, teilweise vom Gesetzgeber. Mit Energie soll sorgsam umgegangen werden. Das spiegelt sich in veränderten Wertigkeiten des Themas auch beim Führungspersonal wieder. Das gilt natürlich auch für CIOs und Datacenter-Leiter.

Maß dafür ist unter anderem die PUE (Power Usage Effectiveness). Und wie sich immer wieder zeigt, ist eine Energie-effiziente Kühlung eine der Maßnahmen, die schnelle Erfolge in Richtung Energie-Einsparung bewirken. Gleichzeitig beeinträchtigen sie nicht die Rechenleistung.

Hohe ERE (Energy Reuse Effectivity) angestrebt

Dazu kommt der Effekt der Abwärmenutzung, der sich mit Wasserkühlung oft verbindet: Das Kühlwasser aus dem Rechenzentrum kann seine Wärme beispielsweise an Heizkreisläufe abgeben und dadurch anderswo Energie sparen. Als Nachhaltigkeitsgewinn schlägt das beim Rechenzentrum in Form einer hohen Energy-Reuse-Rate (ERE, Energy Reuse Effectiveness) zu Buche.

Auch die Infrastrukturentwicklung selbst legt es nahe, über Flüssigkühlung in weitaus mehr Anwendungsgebieten als bisher nachzudenken. Denn der wichtigste Wachstumsbereich ist die Edge.

Wachstum an der Edge

Die dortigen Energieverbräuche werden die der stationären Rechenzentren bald ums Mehrfache toppen. Edge-Umgebungen sind aber wegen oft hohen Rechenbedarfs auf engem Raum häufig erheblich energiedichter.

Hier gilt also das Spargebot ganz besonders. Dazu kommt, dass sich diese Aggregate oft an schleckt erreichbaren Standorten mit in jeder Hinsicht ungünstigen Umgebungsbedingungen befinden. Unkomplizierte Wartung ist ein dringendes Gebot und ständig ausfallende Lüfter oder gar Überhitzung wegen Überforderung der Kühlaggregate ein No-Go.

Leise Wasserkühlung

Sprich: Ein abgeschlossenes System mit Flüssigkühlung und geeigneten Wärmetauschmechanismen mit der Außenwelt könnte mehrere Fliegen mit einer Klappe schlagen. Es würde für vorhersehbare Bedingungen im Inneren sorgen, käme mit wenig Wartung und Ersatzteilen aus und dadurch auch mit weniger Betriebsbudget.

Dazu kommt: Wasserkühlung ist leiser. Und wer möchte sich schon vorstellen, dass in jedem Keller oder an jeder Straßenecke ein Lüfteraggregat röhrt, das das dortige Mini-Datacenter-kühlt? Gerade für Smart-City-Anwendungen oder Edge-Rechenzentren in unberührten Landschaften sind laute Lüfter keine gute Empfehlung.

Nachfrage nach Wärme-Manage­ment für Datacenter und die Flüssigkühlung

IDtechex vergleicht Kühlmethoden und -flüssigkeiten

Technologievielfalt garantiert

Technologien und Techniken gibt es inzwischen mehrere: Die direkte Chipkühlung, die ein- oder zweiphasige Immersions- und die Schrankkühlung mit flüssigen Medien. Nicht ausgeschlossen, dass weitere dazukommen.

Was jeweils passt, ist nach Meinung der Fachleute nicht allgemein zu bestimmen. Nötig ist eine sorgfältige Analyse jedes Einzelfalles. Wichtige Aspekte sind TCO, die Energieeffizienz, die Komplexiät, die Integration in die gesamte IT-Umgebung und der Support sowie die vorhandene Leistungsdichte.

Viele Hitze-Erzeuger

Bei der technischen Entwicklung, die rasant voranschreitet, muss auch berücksichtigt werden, dass immer mehr Komponenten, nicht mehr nur Prozessoren, Hitze in relevanter Menge ausstoßen. Dazu gehören GPU, FPGA, reprogrammierbare Bausteine (FPGA), Flash-Speicher und Netzkarten. Dazu kommen Netzteile, PDUs ... eben alles, was die Rechner mit Energie versorgt.

Es ist also ein Zusammenwirken aller Infrastrukturkomponenten und -hersteller nötig, um zu einem funktionierenden Flüssigkühl-Ökosystem zu kommen. Dazu gehört auch, dass Chip- und Systemhersteller Anschlussfähigkeit an Flüssigkühllösungen von Anfang an im Design ihrer Produkte berücksichtigen. Und: Das ist zunehmend der Fall.

Standards entstehen

Ein anderer wichtiger Punkt sind Standards und Best Practises. Hier macht sich insbesondere das OCP (Open Compute Project) stark. In Arbeit sind standardisierte Verbindungen, Ventile, Anforderungen an Kühlflüssigkeiten und so weiter. Diese sind nicht allein für Systeme nach OCP-Maßen (21 Zoll) gedacht, sondern können von allen Bereichen übernommen werden.

Teamwork wird überhaupt im Zusammenhang mit Flüssigkühlung groß geschrieben. Doch seit sich auch Große wie Vertiv, Schneider Electric, Supermicro, Dell Technologies, HPE, Lenovo, Nvidia und Intel mit ausgedehnten Zulieferer- und Kooperations-Netzwerken ins Boot steigen, ist diese garantiert..

Vorbehalte schwinden

Einige weitere Vorbehalte beginnen, sich in Wohlgefallen aufzulösen: Nach 17 Jahren kann man nicht mehr von fehlender Erfahrung mit modernen Flüssigkühllösungen reden. Die Kosten, die insbesondere bei Immersionstechniken als noch sehr hoch erachtet werden, dürften wie überall mit der Menge der Produkte sinken – nach Meinung von Fachleuten unter die von Luftkühlung.

Immer mehr etablierte Hersteller mit hohem Vertrauensvorschuss im Markt bringen entweder Lösungen in Eigenregie oder kooperieren mit mehreren Flüssigkühl-Spezialisten. So können sie ihren Kunden auf den individuellen Fall angepasste Lösungen aus einer Hand mit entsprechenden Garantie- und Wartungsvereinbarungen anbieten.

Nicht jede Kühlflüssigkeit ist teuer

Die Preise der Kühlflüssigkeiten sind sehr unterschiedlich. Einphasige Flüssigkeiten sind grundsätzlich kostengünstig. Nur wer dringend zweiphasige Lösungen und Flüssigkeiten benötigt, muss tiefer in die Tasche greifen.

Der Platzbedarf für die Flüssig-Rack-Kühlung muss in Relation gesetzt werden dazu, wie viele Einschübe bei hoher Leistungsdichte leer bleiben, wenn die Luftkühlung nicht überfordert werden darf. Zudem sollten anderweitige Platzersparnisse, etwa bei dem Equipment für Sekundärkühlkreise, ebenfalls in die Kalkulation einbezogen werden.

Ökonomisch sinnvoll nicht nur in HPC-Umgebungen

Nach Meinung von Spezialisten rechnet sich Flüssigkühlung inzwischen nicht mehr nur in HPC- und machen Cloud-Umgebungen, sondern auch in weniger leistungsdichten Bereichen. Und im Betrieb, so ist von Praktikern zu hören, seien Immersionslösungen mitnichten schwerer bedienbar als konventionelle Luftkühllösungen.

Auch für die punktuelle Integration in luftgekühlte Umgebungen stehen mittlerweile sehr gut funktionsfähige Produkte bereit. Kurz: Das wichtigste Hindernis, das der Wasserkühlung noch entgegensteht, ist die eingefleischte Gewohnheit. Doch in der IT ist man damit noch nie sehr weit gekommen.

Wie Rechenzentren auf Flüssigkühlung umstellen können, welche Alternativen es gibt und welche Kombinationsmöglichkeiten, Standards, die sich abzeichnen, was Auditoren dazu sagen .... dazu plant DataCenter-Insider eine Artikel-Serie. Begleiten Sie uns oder tragen Sie dazu bei!

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