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Airsys und der Datacenter Liquid Cooling Market Report 2024 bis 2032 Der Markt für Flüssigkühlung in Rechenzentren

Von Ulrike Ostler 4 min Lesedauer

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SCHNEIDER ELECTRIC GMBH
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bb-net media GmbH

Das Marktforschungsunternehmen Global Market Insights hat den globalen Markt für Flüssigkeitskühlung in Rechenzentren im Jahr 2023 auf 3,2 Milliarden Dollar geschätzt; zwischen 2024 und 2032 wird das Volumen voraussichtlich um durchschnittlich 19 Prozent wachsen.

Das Symbolbild zur Flüssigkühlung im Rechenzentrum hat sich die KI ausgedacht; bei Airsys kommen die Server nicht in ein Tauchbad, die heißen Komponenten werden besprüht. (Bild: Midjourney / KI-generiert)
Das Symbolbild zur Flüssigkühlung im Rechenzentrum hat sich die KI ausgedacht; bei Airsys kommen die Server nicht in ein Tauchbad, die heißen Komponenten werden besprüht.
(Bild: Midjourney / KI-generiert)

Die Voraussetzungen für den Umsatzanstieg liegt zu einen darin, dass Rechenzentren expandieren und zum anderen mit höherer Dichte arbeiten. Das macht herkömmliche Kühlmethoden weniger effizient und teurer. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wenden sich Unternehmen Flüssigkeitskühltechnologien zu, die ein die ein besseres Wärme-Management und eine höhere Energie-Effizienz bieten.

Darüber hinaus eröffne das Wachstum des Cloud-Computing-Marktes den Anbietern von Rechenzentren erhebliche Möglichkeiten. Denn da Unternehmen zunehmend auf Cloud-basierte Angebote umsteigen, um Skalierbarkeit, Flexibilität und Kosteneffizienz zu nutzen, steigt auch die Nachfrage nach Rechenzentrumsinfrastruktur zur Unterstützung dieser Dienste.

Neben den üblichen Kandidaten wie Vertiv, Rittal und Schneider Electric haben die Studienmacher von Market Insights auch eine bunte Mischung aus Unternehmen einbezogen wie 3M, Alfa Laval AB, Coolit Systems Inc., IBM Corporation und Mitsubishi Electric Corporation, die etwas mit Datacenter-Infrastruktur zu tun haben. Im Juni 2024 kündigte beispielsweise Petronas Lubricants International die Einführung einer neuen Kühlflüssigkeit für Rechenzentren und eine Zusammenarbeit mit Iceotope Technologien an. Diese Partnerschaft wird sich nach Einschätzung der Analysten auf die Entwicklung fortschrittlicher Wärme-Management-Anwendungen für Rechenzentren, Edge-Computing-Einrichtungen und Blockchain-Betrieb konzentrieren mit dem Ziel, die Effizienz zu verbessern und Emissionen zu reduzieren und den Wasserverbrauch zu minimieren.

Innovation per Sprühkopf

Die Studie betrachtet sowohl die Immersionskühlung als auch das Direct to Chip Cooling. Bei der immersiven Kühlung werden die dicht gepackten Komponenten in eine Kühlflüssigkeit getaucht oder wie bei Airsys mit einer Kühlflüssigkeit besprüht. Diese Methode reduziert den Bedarf an zusätzlicher Kühlungsinfrastruktur erheblich (siehe: Kasten).

Das Liquid Rack von Airsys

Das Unternehmen Airsys bietet dieverse Kühltechniken für Rechenzentren an; eines davon arbeitet mit Kühlflüssigkeit, die aufgesprüht wird. (Bild: Airsys)
Das Unternehmen Airsys bietet dieverse Kühltechniken für Rechenzentren an; eines davon arbeitet mit Kühlflüssigkeit, die aufgesprüht wird.
(Bild: Airsys)

Das „Liquid Rack“ wird vom Hersteller Airsys als „Weiterentwicklung der Flüssigkeitskühlung“ betrachtet; denn anders als bei Tauchkühlungen werden hier die CPUs mit Kühlflüssigkeit besprüht. Das ermögliche einen „viel höheren Wärme-Übertragungskoeffizienten“, obwohl die sich Menge der benötigten nicht leitenden Flüssigkeit reduziert. Nach Herstellerangaben beträgt die benötigte Gesamtmenge an Kühlmittel etwa 10 Prozent der Menge eines Eintauchsystems.

Mit der Fähigkeit, bei höheren Flüssigkeitstemperaturen zu arbeiten und dabei die erforderliche CPU-Übergangstemperatur aufrechtzuerhalten, kann das Liquid Rack die Notwendigkeit einer mechanischen Kühlung beseitigen und erlaubt eine Free-Cooling über das ganze Jahr. Das wiederum lässt den mit PUE-Wert sinken - zum Teil bis weniger als 1,03.

Die Kühlleistung eines Racks liegt bei 20 bis 150 Kilowatt. Das Gewicht, nicht ganz unerheblich bei klassischen Doppelböden, beträgt 766 Kilogramm bei einer Abmessung von 1000 x 1270 x

2243 Millimetern.

In jedes Sprühsystem sind zwei Pumpen (ausgelegt für N+1), und ein Wärmetauscher integriert.(Bild: Airsys)
In jedes Sprühsystem sind zwei Pumpen (ausgelegt für N+1), und ein Wärmetauscher integriert.
(Bild: Airsys)

Jedes Liquid Rack besteht aus zwei ausziehbaren Schubladen mit 7 Höheneinheiten, die jeweils mit einem eigenen Wärmetauscher und einer Zwillingspumpe für eine Redundanz ausgestattet sind. Der Wärmetauscher ist in zwei Kreisläufe unterteilt: einen für das Kühlmittel und einen Wasserkreislauf.

Abwärmetauglichkeit

Das Kühlmittel, die nicht leitende Flüssigkeit, wird auf die Server gesprüht, um die Wärme aufzunehmen. Die erwärmte Kühlflüssigkeit fließt dann nach unten in einen Vorratsbehälter. Über eine Zwillingspumpe wird die erwärmte Kühlflüssigkeit einem Plattenwärmetauscher zugeführt und gibt die Wärme an den Wasserkreislauf ab.

Anschließend wird die Wärme über einen Trockenkühler in die Atmosphäre abgeführt oder für die Erwärmung von Brauch- und Heizungswasser genutzt. Die maximale Auslass-Flüssigkeitstemperatur liegt bei 70 Grad.

CPUs leben länger

Der Sprühkopf aus dem 3D-Drucker im Liquid Rack verteilt die die nichtleitende Flüssigkeit direkt auf die CPUs, Punkt-zu-Punkt, um ungleichmäßige Temperaturen zu eliminieren. Das kann die Lebensdauer eines Servers erheblich verlängern und die Wartung reduzieren. Denn bei einem Eintauchkühlsystem variiert die Wärme-Übertrragungseffizienz der Flüssigkeit bei jeder Komponente. und dass kann zu einem großen Temperaturunterschied im Tank führt. Die Prozessoren sind im Stress.

Die Serverschränke von Airsys tragen die Bezeichnung „Liquid Rack“, in denen die dielektrische Kühlflüssigkeit direkt auf die heißesten Komponenten, CPU und GPU, gesprüht wird, anstatt den gesamten Server in eine solche Flüssigkeit zu tauchen. Die Durchflussmenge entspricht der Wärmelast der einzelnen Hotspots, und der Flüssigkeitsimpuls, der mit Hilfe der Schwerkraft über die Oberfläche fließt, erhöht den Wärme-Übertragungskoeffizienten um ein Vielfaches, während die Wärme durch natürliche Konvektion auf die Lösung übertragen wird.

Ein geneigter Einbau der Server sorgt dafür, dass die Flüssigkeit entlang der Hauptplatine bis zum Tank am Boden fließt, wodurch die Hauptplatine mit Luft durch einen laufenden Ölfilm isoliert wird, um eine höhere Zuverlässigkeit zu erreichen. Dank der Schrägstellung der Server gibt es keine Bypass-Flüssigkeit, die direkt abtropft, keine Spritzgeräusche, ein starkes Umrühren erübrigt sich; alles geschieht reibungslos und leise.

Marktsegmente nach Region und Jahr (in Millionen Dollar)
Region 2021 2022 2023
Nordamerika 705,4 946,8 1 157,5
Europa 678,0 838,7 1 070,2
Asien-Pazifik 486,9 596,1 769,0
Lateinamerika 119,2 135,4 168,3
Naher Osten & Afrika 82,9 61,6 77,8
Gesamt 2 072,5 2 578,6 3 242,7

In Europa, so schreiben die Analysten, sorgen strenge Datenschutzbestimmungen wie GDPR für eine steigende Nachfrage nach Rechenzentren, die die Einhaltung gewährleisten. Auch das Engagement der Region für Nachhaltigkeit fördert die Einführung 'grüner' Rechenzentrumstechniken. Und auch hier gilt: Die Ausweitung von Cloud-Diensten und staatlich geförderte digitale Infrastrukturprojekte treiben das Marktwachstum.

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