Liquid Cooling in KI-Rechenzentren – Warum Flüssigkeit die Zukunft ist

Künstliche Intelligenz (KI) verändert unsere Welt – von Chatbots über Sprachassistenten bis hin zu selbstfahrenden Autos. Damit diese Technologien funktionieren, braucht es leistungsstarke Rechenzentren, die riesige Datenmengen in kürzester Zeit verarbeiten. Diese Server arbeiten fast rund um die Uhr und erzeugen dabei enorme Wärme. Damit sie zuverlässig funktionieren, muss diese Wärme effizient abgeführt werden. Hier kommt die Flüssigkeitskühlung (Liquid Cooling) ins Spiel – eine Schlüsseltechnologie für moderne KI-Rechenzentren.

Was ist Liquid Cooling?

Computer und Server wurden und werden in der Regel mit Luft gekühlt.
Die Ventilatoren in den Severn führen warme Luft aus dem Server raus – gleichzeitig strömt über Kältegeräte erzeugte kalte Luft nach. Doch in KI-Rechenzentren reicht das nicht mehr aus. Hier stehen viele Hochleistungsserver dicht beieinander, die sehr viel Wärme erzeugen. Reine Luftkühlung stößt hier an ihre physikalischen Grenzen.

Bei Liquid Cooling wird die Wärme nicht mehr nur mit Luft, sondern gezielt mit Flüssigkeit abgeführt. Flüssigkeit kann Wärme viel besser transportieren als Luft – und genau das macht diese Technik so effizient.
Wichtig zu erwähnen ist, dass die Luftkühlung weiterhin ein wichtiger Bestandteil ist und als Ergänzung zu Liquid Cooling weiterhin benötigt wird.

Warum ist Flüssigkeitskühlung unverzichtbar?

KI-Rechenzentren bieten deutlich höhere Rechenleistung pro Quadratmeter als klassische Rechenzentren. Die Chips erreichen Temperaturen, die Luftkühlung nicht mehr zuverlässig beherrschen kann. Überhitzung führt zu Leistungsverlust oder Hardware-Schäden – eine effiziente Kühlung ist daher entscheidend für Stabilität und Wirtschaftlichkeit.

Vorteile von Liquid Cooling:

• Effizientere Wärmeabfuhr: Durch die Flüssigkühlung kann die Wärme deutlich schneller, präziser und effizienter abgeführt werden als mit Luft.
  Luftkühlung ist bis ca. 50-60kW Abwärme je Rack umsetzbar – bei KI-Anwendungen spricht man schon heute von 80-150kW Abwärme je Rack, Tendenz steigend.
• Energieeinsparungen: Die präzise Wärmeabführung sowie die Möglichkeit, die Temperaturen anzuheben, reduziert den Energiebedarf für die Kühlung und senkt Betriebskosten sowie CO₂-Emissionen.
• Leiser Betrieb: Für die gleiche Wärmeabfuhr werden bei Flüssigkeitskühlung deutlich weniger (oder kleinere) Ventilatoren benötigt als bei Luftkühlung. Dadurch ist der Geräuschpegel im Verhältnis zur erzielten Kühlleistung wesentlich niedriger.

Wie funktioniert Liquid Cooling?

Es gibt zwei etablierte Konzepte:

• Direct-to-Chip: Direkt auf die Prozessoren (z. B. CPU oder GPU) werden Kühlkörper montiert, durch die Kühlflüssigkeit zirkuliert, die die Abwärme der Prozessoren aufnimmt.
  Die Wärme wird unmittelbar zum Kälteaggregat (Chiller) geleitet – bei Schneider Electric nennen wir dieses Konzept „Chip-to-Chiller“.
• Immersionskühlung: Die gesamte Hardware (z.B. der Server) wird in ein elektrisch nichtleitendes Kühlmedium getaucht. Die Flüssigkeit umspült alle Komponenten und nimmt Wärme direkt auf. Diese Lösung erfordert spezielle Tanks und Wartungskonzepte.

Beide Methoden führen die Wärme dort ab, wo sie entsteht – für maximale Effizienz.
Wichtig zu erwähnen ist, dass es je Konzept noch weitere Varianten u.a. mit „Phasenübergang“ gibt.

Die absolut gängigste Variante ist „Direct-to-Chip“.

Herausforderungen und Ausblick

Natürlich bringt Liquid Cooling auch neue Herausforderungen mit sich: Liquid Cooling erfordert zusätzliche Technik wie Pumpen, Sensoren und erweitertes Know-how in der Installation. Aber der Aufwand lohnt sich und ist notwendig. Mit dem Wachstum von KI steigt die Nachfrage nach leistungsfähigen Rechenzentren – und damit nach effizienter Kühlung.
Der Markt für KI-Rechenzentren wird in den nächsten Jahren weiter stark wachsen.
Wir gehen davon aus, dass bis 2030 rund 60 % der weltweit neu gebauten Rechenzentren für KI-Anwendungen vorgesehen sind. Zudem erwarten wir, dass etwa 75 % dieser Anlagen Flüssigkeitskühlung benötigen.

Schneider Electric bietet Komplettlösungen mit allen Komponenten für Liquid Cooling in Rechenzentren. Mit über einem Jahrzehnt Erfahrung in der Flüssigkeitskühlung für High-Density-Systeme – einschließlich Clusterleistungen von mehreren hundert Kilowatt – ermöglichen unsere fortschrittlichen Technologien wie Coolant Distribution Units (CDUs) und Direct-to-Chip-Architekturen eine schnelle, skalierbare und robuste Implementierung. Durch die Übernahme von Motivair wurde das Portfolio um führende Kühllösungen erweitert. Damit bieten wir Ihnen jetzt noch umfassendere Optionen, um die steigenden Anforderungen moderner Hochleistungsrechenzentren zu erfüllen – für maximale Performance, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit.

Unsere neuen Referenzdesigns sind kompatibel mit NVIDIA Mission Control und NVIDIA GB300 NVL72 – entwickelt gemeinsam mit NVIDIA und den Cooling-Experten von Motivair.
Das bedeutet für Sie: eine integrierte Lösung von A bis Z, die Performance, Energieeffizienz und Skalierbarkeit vereint. Unsere Experten begleiten Sie – von der Konzeption bis zur Installation einer individuellen Lösung.