Channel Fokus: Power & Cooling Trends bei Kühlung und Stromversorgung im Rechenzentrum

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Der Siegeszug der KI stellt nicht nur Hyperscaler vor enorme Herausforderungen, sondern auch Unternehmen, die KI im eigenen Rechenzentrum nutzen. Dabei spielt nicht nur die Kühlung eine entscheidende Rolle, sondern auch die stabile Energieversorgung.

Einen Anstieg des Energiebedarfs von Rechenzentren um 50 Prozent bis 2027 und sogar um 165 Prozent bis 2030 sagt eine Studie von Goldman Sachs Research voraus. Getrieben wird dieser enorm steigende Stromhunger vor allem von der Künstlichen Intelligenz mit ihren Massen an GPU-Servern für Training und Inferenz sowie der zusätzlich nötigen Storage- und Netzwerk-Infrastruktur. Um den Energie­bedarf zu decken, greifen vor allem die US-amerikanischen Hyperscaler und die Betreiber der großen KI-Datacenter zu extremen Maßnahmen: Für Microsoft und Google werden stillgelegte Kernkraftwerke wieder in Betrieb genommen, der Colossus-­Supercomputer von Elon Musks KI-Firma xAI wird durch umweltschäd­liche Gasturbinen mit Strom versorgt, da das lokale Stromnetz nicht genügend Energie liefern kann.

Hierzulande ist die Situation noch nicht so dramatisch, da es noch nicht so viele Mega-Datacenter für KI gibt. Aber laut dem Global Oil and Gas Plant Tracker (GOGPT) von Global Energy Monitor werden rund 13 Prozent der aktuell in Deutschland geplanten oder in Bau befindlichen Gaskraftwerke allein der Versorgung von Rechenzentren dienen.

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KI erfordert auch in Unternehmen eine effiziente Kühlung der Server

Aber auch Unternehmen und Institutionen, die keine riesigen KI-Datacenter betreiben, sollten sich Gedanken über eine ausreichende Stromversorgung und Kühlung ihrer Rechenzentren machen. Denn laut dem neuen Europe & Middle East CIO Playbook, das IDC im Auftrag von Lenovo erstellt hat, ist die Unternehmens-KI auf dem Vormarsch. Dabei ziehen 58 Prozent der Unternehmen hybride Ansätze als primäres Bereitstellungsmodell für KI vor. Die Spannbreite der lokal eingesetzten KI-Server reicht von moderat ausgestatteten Maschinen mit nur einer GPU bis hin zu massiven Servern mit acht Blackwell-GPUs und einer Leistungsaufnahme von rund 15 kW. Das ist zwar mit einer traditionellen Luftkühlung noch zu bewältigen, die Systeme benötigen aber dann zehn Höheneinheiten im Rack. Mit einer direkten Wasserkühlung sind sie nur halb so hoch und können zudem effizienter arbeiten.

Karin Hernik, Head of IT Channel DACH Secure Power bei Schneider Electric, beobachtet bereits einen klaren Trend zur Flüssigkeitskühlung und sagt dazu: „Während aktuell noch hybride Lösungen verbreitet sind, wird Flüssigkeitskühlung künftig eine zentrale Rolle spielen, um die thermischen Anforderungen effizient zu bewältigen.“ Laut Hernik rückt dabei zudem ein ganzheitliches Energiemanagement in den Mittelpunkt: „Durch die Digitalisierung und Vernetzung aller Systeme lassen sich Strom, Kühlung und Ressourcen optimal steuern und überwachen.“ Das ermögliche nicht nur eine bessere Kontrolle des Energieverbrauchs, sondern erhöhe zudem die Nachhaltigkeit.

Für Xiaojie Liu, Marketing Manager, Data Center Segment BU bei Delta Electronics, verändert der KI-Boom die technischen Rahmenbedingungen von Rechenzentren grundlegend. Er merkt an, dass „KI-­Anwendungen deutlich höhere und zugleich volatilere Leistungsdichten als klassische IT-Workloads erzeugen. Serverracks, die früher mit 5 bis 10 kW betrieben wurden, müssen heute Lasten von 30 kW und mehr verkraften.“ Daher beobachtet auch Delta einen klaren Trend hin zu Flüssigkeitskühlung, etwa in Form von Direct-to-Chip- oder hybriden Kühlkonzepten.

Für Unternehmen hat der zunächst aufwändigere Einsatz einer Flüssigkeitskühlung für KI-Systeme den Vorteil, dass sie deutlich weniger Platz brauchen. Wenn gleichzeitig bestehende Server- und Storage-Systeme konsolidiert, also durch eine geringere Zahl leistungsstärkerer Maschinen ersetzt werden, dann können sie die bestehenden Rechenzentren nutzen und kommen um den Neubau von Gebäuden herum.

Flüssigkeitskühlsysteme sind komplex

Flüssigkeitskühlsysteme ermöglichen zwar eine hohe Rechenleistung auf weniger Raum und mit höherer Effizienz, sind aber komplex und erfordern damit entsprechende Expertise und Planung. Clark Li, Country Manager für die DACH-Region beim auf HPC- und KI-Systeme spezialisierten Serverhersteller Kaytus, gibt zu bedenken, dass Flüssigkeitskühlsysteme mehrere Ebenen umfassen, „wie die Architektur des Rechenzentrums und Komponenten bzw. Schnittstellen der Flüssigkeitskühlung ebenso wie die Infrastruktur oder die Überwachung der Flüssigkeitskühlung“. Daher erfordere die Implementierung eine interdisziplinäre Koordination zwischen Stromverteilung, der Planung der Leitungswege für Heizung, Lüftung und Klimatisierung sowie eine Berücksichtigung der strukturellen Belastung und des Luftstrommanagements. Auch an die Stromversorgung stellen sie mit bis zu 190 kW pro Serverschrank extreme Anforderungen.

Daher erfordert „die Einrichtung eines flüssigkeitsgekühlten Rechenzentrums die Koordination mehrerer Auftragnehmer und die Verwaltung gleichzeitiger Bautätigkeiten“ sowie eine finale Feinabstimmung durch Experten.

RAMSES-Cluster an der Universität Köln von Kaytus und NEC

Wassergekühlter Cluster für die Wissenschaft

Blueprints und modulare Kühlsysteme

Um den Partnern das Leben bei der Planung neuer oder dem Umbau bestehender Rechenzentren zu erleichtern, stellt Schneider Electric eine Reihe von Referenzdesigns mit Flüssigkeitskühlung für unterschiedliche Anforderungen bis hin zu hochdichten KI-Rechenzentren bereit. Der Trend geht hier in der Branche zu modularen und skalierbaren Infrastruktur­lösungen, die schnell in Betrieb genommen werden können. Vertiv hat mit MegaMod HDX gerade eine Lösung vorgestellt, die eine direkte Flüssigkeitskühlung mit luftgekühlten Architekturen kombiniert und für bis zu 10 MW ausgelegt ist. Mit den Data Center Building Block Solutions steigt auch Supermicro in das Datacenter-Geschäft ein und bietet passend zu den Servern gleich Kühlung und Stromversorgung an. Wie Lui betont, stellen KI-Workloads mit stark schwankenden Lastprofilen auch höhere Anforderungen an die Notstromversorgung. Sie erfordern „USV-Systeme, die Lastspitzen zuverlässig abfangen und sich dynamisch an wechselnde Betriebszu­stände anpassen können.“ Eine stärkere Nachfrage nach leistungsstarken USV-­Lösungen wegen möglicher Angriffe auf kritische Infrastrukturen sieht der Manager nur bedingt. Die Kunden hätten einen stärkeren Fokus auf ­Resilienz und Versorgungssicherheit.

Andreas Bichlmeir, Vorstand von Online-USV, registriert durchaus eine veränderte Nachfrage, die mit der Sorge um Angriffe zu tun haben könnte. Einerseits werden leistungsstarke zentrale USV-Systeme nachgefragt, andererseits zunehmend dezentrale, redundante Systeme: „Mehrere kleinere USV-Anlagen verteilen die Last, erhöhen die Ausfallsicherheit und verhindern, dass ein einzelner Ausfall das gesamte Netzwerk lahmlegt.“ Hier sieht Bichlmeir für Fachhändler und System­häuser eine gute Gelegenheit, ihre Expertise zu demonstrieren, indem sie den Kunden eine passende Kombination aus Leistung, Redundanz und Skalierbarkeit empfehlen.

KI erfordert stabile und moderne USV-Systeme

Die Herausforderung für USVs durch die Lastspitzen bei KI-Systemen sieht der Online-USV-Chef ebenso wie Christian Pirch, Geschäftsführer bei Cyberpower. Die USV-Systeme müssen hier faktisch mit „kurzfristigen Überlastsituationen“ ­zurechtkommen, bei denen die Systeme keinen Schaden nehmen dürfen.

Für Hernik sind moderne USV-Systeme weit mehr als nur eine reine Notstrom­versorgung. Sie müssen in digitale Überwachungs- und ­Wartungskonzepte eingebunden werden. Durch Automatisierung und vorausschauende Wartung können Probleme frühzeitig erkannt und gezielt behoben werden. „Das erhöht die Resilienz und Effizienz der Rechenzentren und hilft, den steigenden Anforderungen an Sicherheit und Verfügbarkeit gerecht zu werden“, betont die Channel-Chefin bei Schneider Electric. Ins selbe Horn stößt Liu von Delta Electronic: „Moderne USV-­Konzepte leisten damit nicht nur einen Beitrag zur ­Absicherung, sondern auch zur Stabilität und Effizienz der gesamten ­Energieinfrastruktur eines Rechenzentrums.“

Durch den vermehrten Einsatz von KI-Systemen an Edge-Standorten, etwa in der industriellen Fertigung für die intelligente Maschinensteuerung, im Retail für die Datenanalyse oder für Smart-City-­Konzepte, steigt auch hier die Nachfrage nach leistungsfähigeren USV-Lösungen. Für Bichlmeir spielen hier ebenfalls intelligente Steuerungs- und Monitoringlösungen eine zentrale Rolle, was den Partnern die Chance eröffnet, „Kunden gezielt dabei zu unterstützen, Lastspitzen zuverlässig abzufangen und die IT-Infrastruktur jederzeit stabil zu halten.“

Eigene und nachhaltige Stromversorgung als Lösungsweg

Ein relativ neuer Trend sind dabei groß dimensionierte Batteriespeichersysteme wie etwa DELTerra C von Delta Electronics mit 261 kWh Kapazität pro Schrank. Sie können nicht nur die Notstromversorgung sicherstellen, sondern auch noch als Puffer für überschüssige PV-Produktion die Kosten senken und die Effizienz steigern. Einen nächsten Schritt kann dann die weitergehende Selbstversorgung von Rechenzentren und vor allem Edge-­Infrastrukturen darstellen, etwa durch Biogas, Geothermie oder Brennstoffzellen. Allerdings ist grüner Wasserstoff für einen nachhaltigen Betrieb von Brennstoffzellen derzeit noch sehr teuer.

Airsys und der Datacenter Liquid Cooling Market Report 2024 bis 2032

Der Markt für Flüssigkühlung in Rechenzentren

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