Solution Insights

Liquid Cooling im Datacenter

Dezember 2021 – Liquid Cooling wird in der IT schon seit Jahrzehnten sehr erfolgreich für Mainframes, High Performance Computing (HPC) und Gaming-Anwendungen eingesetzt. Aber die heutigen Anforderungen von IoT, künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen, Big-Data-Analysen und Edge-Anwendungen rücken die Technik jetzt auch für das Design von Rechenzentren ins Rampenlicht. RZ-Experten entscheiden sich immer öfter für Liquid Cooling, vor allem, weil Server immer leistungsstärkere GPUs und CPUs benötigen, um die steigenden IT-Verarbeitungsanforderungen von Unternehmen erfüllen zu können. Leistungsfähige Prozessoren erreichen mittlerweile eine Thermal Design Power (TDP) von rund 400 W. Wenn ein Rack mit dieser Art von High-Density-Servern bestückt ist, kann die Rack-Dichte die Leistungswerte, die für eine reine Luftkühlung noch zu leisten sind, weit überschreiten. Die Datacenter-Organisation Green Grid schlägt deshalb einen Leistungsbereich von 15-25 kW pro Rack als Grenze für alle luftgekühlten Racks vor, die nicht über eine zusätzliche Kühleinrichtung wie Wärmetauscher an der Rückseite verfügen.

Forschungsgestützte Analyse von Liquid Cooling für Rechenzentrumsdesigns

Zweifellos sind die steigenden Chip- und Rack-Dichten ein wichtiger Treiber für Liquid-Cooling-Technologien. Aber es gibt noch weitere Gründe, warum diese Technologie sich als vorteilhaft gegenüber einer klassischen Umluftklimatisierung herausstellen kann, die wichtigsten Faktoren sind dabei:

• Reduzierung des Energieverbrauchs
• Platzbeschränkungen
• Reduzierung des Wasserverbrauchs
• Raue IT-Umgebungen

Druck zur Senkung des Energieverbrauchs

Der Energieverbrauch von Rechenzentren stellt einen wachsenden Prozentsatz unserer globalen Energie dar. Dies hat zu Vorschriften und Unternehmensinitiativen geführt, die eine Senkung der Stromverbrauchseffektivität (PUE) und des Gesamtenergieverbrauchs fordern. Neben den IT-Systemen selbst ist die Energie des Kühlsystems der größte Energieverbraucher in Rechenzentren. Liquid Cooling hat sich als effizienterer Kühlungsansatz als die herkömmliche Luftkühlung erwiesen, unter anderem aufgrund einer signifikanten Reduzierung der IT-Lüfterenergie, die zwischen 4 und 15 % liegt. Unsere vorläufige Analyse deutet auf eine Gesamtenergiereduzierung von über 10 % mit immersivem Liquid Cooling im Vergleich zu einem konventionellen, mit einem Kühlaggregat gekühlten Rechenzentrum hin. Mit solchen Zahlen ist dies eine Architektur, die man nicht ignorieren sollte.

Platzbeschränkungen

Es ist wichtig, den Platzbedarf nicht nur für die IT-Ausrüstung, sondern auch für die Kühlungsinfrastruktur, die diese unterstützt, zu berücksichtigen. Mit zunehmender Dichte sinkt zwar die Anzahl der Racks, aber der Anteil des Platzes, der für die Luftkühlung der Geräte benötigt wird, nimmt zu, wodurch die Vorteile der Racks mit höherer Dichte geschmälert werden. Mit Liquid Cooling haben Sie die Möglichkeit, die Gesamtfläche des Rechenzentrums für eine gegebene IT-Last durch erhebliche Verdichtung zu reduzieren. Dies kann ein bedeutender Vorteil für große Rechenzentren oder Colocation-Anbieter sein, die in Regionen mit begrenztem Platzangebot wie Singapur und Hongkong expandieren möchten.
Reduzierung des Wasserverbrauchs

Bei der konventionellen Luftkühlung werden oft große Mengen an Wasser für die Verdunstungskühlung verwendet, um PUEs im Bereich unter 1,2 zu erreichen. Ein 20-MW-Rechenzentrum verbraucht so viel Wasser wie 2.500 Menschen. Der Wasserverbrauch erhöht nicht nur die Betriebskosten, sondern viele lokale Gemeinden üben Druck auf die Rechenzentrumsbranche in Gegenden mit begrenzten Wasserressourcen aus. Die Liquid Cooling reduziert den Wasserverbrauch im Kühlsystem und macht ihn oft sogar überflüssig. Da bei den meisten Flüssigkühlungsansätzen warmes Wasser direkt an die IT geleitet wird, können in den meisten Klimazonen einfache Trockenkühler zur Ableitung der Wärme verwendet werden.

Raue IT-Umgebungen

Immer häufiger sehen wir, dass IT-Geräte in nicht idealen Umgebungen eingesetzt werden – IoT in Fertigungsanlagen, Lagerhäusern, Vertriebseinrichtungen und industriellen Anwendungen. Diese Umgebungen stellen oft eine Herausforderung dar, was die Luftverschmutzung, die Umgebungsbedingungen und die Qualität der Energieversorgung angeht. Wenn Standard-IT unter diesen Bedingungen eingesetzt wird, kann dies zu einer geringeren Zuverlässigkeit als erwartet führen. Da die IT immer stärker in die Fertigung und andere Prozesse integriert wird, können Ausfallzeiten große Auswirkungen auf das Endergebnis haben. Es gibt robuste Gehäuselösungen mit integrierter Luftkühlung, die jedoch je nach Umgebung weniger effizient und kostspieliger sein können. Die Liquid Cooling stellt eine Alternative dar, die die Server von der Umgebung trennt. Bei bestimmten Ansätzen des Liquid Coolings werden die Lüfter entfernt und luftgetragene Verunreinigungen vollständig von den IT-Geräten isoliert.

Weitere Aspekte der Flüssigkeitskühlung

Die Flüssigkeitskühlung wird immer noch hauptsächlich als technische Lösung für Hochleistungs-Computing und Anwendungen mit hoher Leistungsdichte angesehen. Aber ihre umfangreichen Vorteile können sowohl im Rahmen von großen Rechenzentren als im Edge-Bereich viele typische Herausforderungen bewältigen, denen sich die RZ-Designer und Betreiber heute gegenübergestellt sehen. Die Senkung des Energieverbrauchs, die Reduzierung des Wasserverbrauchs, der Einsatz in räumlich begrenzten und rauen Umgebungen und die Möglichkeit der Abwärmegewinnung sind nur einige der Gründe, warum sich die Flüssigkeitskühlung in den kommenden Jahren verstärkt in der IT-Branche etablieren wird.


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