Channel Fokus: Power & Cooling Wasser marsch im Datacenter

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Immer mehr Hersteller bringen Server mit Wasserkühlung auf den Markt. Das hat Vorteile bei Effizienz und Leistung, bringt aber auch Herausforderungen für die Datacenter-Betreiber mit sich. Denn die Infrastruktur im Serverraum muss angepasst werden.

Wasser im Rechenzentrum: Diese Vorstellung treibt vielen IT-Verantwortlichen den Angstschweiß auf die Stirn. Wenn das aller­dings geplant und in regulierter Form passiert – als Flüssigkeitskühlung für Server – bringt das erhebliche Vorteile. Die kommen aber nicht zum Nulltarif.

Luftkühlung stößt an ihre Grenzen

Wassergekühlte Rechner im Datacenter sind keineswegs eine neue Erscheinung. Bereits in den 1960er-Jahren gab es flüssigkeitsgekühlte Mainframes und Supercomputer. Bei herkömmlichen Servern war bisher allerdings die Luftkühlung die Norm. Wie Jay Zhang, Vice President bei Inspur Global Business und CEO von Inspur Europe, anmerkt, stößt die Luftkühlung bei der kommenden Server-Generation mit ihren 350-Watt- oder 400-Watt-CPUs allerdings an ihre Grenzen. Er ergänzt: „Je mehr Server mit Flüssigkeitskühlung zum Einsatz kommen, desto niedriger sind die durchschnittlichen Kosten für das Design flüssigkeitsgekühlter Rechenzentren und desto größer wiederum sind die Kostenvorteile für Betrieb und Wartung. Die PUE wird um 0,25 gesenkt (luftgekühlt PUE1,4, flüssigkeitsgekühlt PUE1,15), und der Energieverbrauch des Rechenzentrums wird kumulativ um mehr als 27 Prozent gesenkt (flüssigkeitsgekühltes Rechenzentrum vs. luftgekühltes Rechenzentrum).“ Inspur hat laut Zhang eine der größten Produktionsanlagen für flüssigkeitsgekühlte Server. ­Allerdings haben Hersteller wie Dell, Lenovo oder Intel und Supermicro als Zulieferer ihr Angebot an Servern mit Wasserkühlung ebenfalls ausgeweitet.

Angepasste Rechenzentren nötig

Bei der Wasserkühlung für herkömmliche Server kommt meist das Cold-Plate-Verfahren zum Einsatz. Hier übernehmen mit Kühlflüssigkeit durchströmte Kühlkörper auf den CPUs, Speicherriegeln und oft auch GPUs die Wärmeabfuhr. Selbstdichtende Anschlüsse an den Rack-Servern verbinden sie mit dem Kühlkreislauf. Auch leistungsstarke Server mit zusätzlichen GPUs lassen sich so flacher bauen und belegen weniger Platz in den Racks. Prinzipiell gibt es mit der Immersionskühlung ein zweites Verfahren, bei dem das Mainboard mit CPU,Speichermodulen und weiteren Komponenten komplett von einer nichtleitenden Kühlflüssigkeit umflossen wird. Dieses früher bei Supercomputern wie dem Cray-2 übliche Verfahren wird heute aber nur noch selten bei speziell dafür gebauten Systemen eingesetzt.

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Eine Coolant Distribution Unit (CDU) arbeitet als Wärmetauscher zwischen dem Kreislauf im Innern des Datacenters und dem externen Kreislauf zu den Chillern im Außengelände. Beim Einsatz eines Rear Door Heat Exchanger (RDHX) sitzt ein großer Wärmetauscher auf der Rückseite eines Racks mit Luftkühlung und ist mit der CDU verbunden. Dieses Verfahren ist einfacher, aber weniger effizient. Lenovo bietet bei Neptune beide Verfahren an.

In beiden Fällen muss das Datacenter aber für den Einsatz wassergekühlter Server umfassend umgebaut werden, da passende Racks und viele Rohrleitungen in den Serverräumen notwendig sind. Dafür kann auf kalte und warme Gänge im Serverraum verzichtet werden und die Racks können Rücken an Rücken gestellt werden, was den Einsatz von mehr Servern ermöglicht.

Datacenter als Quelle für Fernwärme

Der Cloud- und Hosting-Anbieter Ionos setzt ebenfalls verstärkt auf flüssigkeitsgekühlte Systeme. Die speziell für die Firma gebauten Rack-Server der Sapphire-Rapids-Generation sind für Luft- und Wasserkühlung ausgelegt, wie Stefan Mink, VP Tech Ops Infrastructure bei Ionos, anmerkt. In Frankfurt sei derzeit ein neues Datacenter im Bau, bei dem wassergekühlte Systeme zum Einsatz kommen. Laut Mink würde sich das etwa 45 Grad warme Kühlwasser der Server gut für die Heizung umliegender Wohn- oder Geschäftshäuser eignen, wie es auch Pläne der EU vorsehen. Allerdings gibt er zu Bedenken, dass die Betreiber von Datacentern darauf angewiesen sind, dass Kommunen und Energieversorger die nötige Infrastruktur in Form von Fernwärmeleistungen schaffen. Firmen wie Ionos können das nicht selbst leisten.

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