Wasserkühlung für KI und Supercomputing – Was sind die größten Herausforderungen?
Wasserkühlung Rechenzentrum AI Supercomputing

Neue und anspruchsvollere Workloads überschreiten mittlerweile das, was herkömmliche Server-Prozessoren leisten können. Einerseits nimmt die Leistung von Chips zu, andererseits passen die Prozessoren (CPUs) auf immer kleineren Raum. Daher wird die Wasserkühlung, anstelle der Luftkühlung, für AI und Supercomputing immer interessanter. Doch worin bestehen die größten Herausforderungen?

Eine zunehmende Anzahl von Beschleunigerprozessoren (z.B. GPUs oder FPGAs)  bringt die Systeme für Big Data Analytics, KI, HPC, maschinelles Lernen, Medienstreaming oder latenzempfindliche Anwendungen an ihre Grenzen. Je leistungsfähiger die Server werden, desto besser muss auch die Kühlung funktionieren. In den meisten Fällen setzen in Racks installierte Server auf aktive Luftkühlung mit Kühlkörper und Lüfter. Bei diesem Aufbau leitet ein Wärmeleiter die Wärme von der CPU weg und ein Lüfter bläst auf den Kühlkörper. Da CPUs auf dem Motherboard gesteckt werden, ist es einfacher, sie mit dem Kühlkörper zu verbinden.

Was sind die Vorteile der Wasserkühlung?

Die Luftkühlmethode stammt aus einer Zeit, als Computer noch keine so hohen Temperaturen erreichten. Serverschränke wurden auf Doppelböden mit winzigen Löchern für die Kaltluftzufuhr platziert, die dann in den Hauptrahmen gesaugt wurde. Diese Räume mögen kalt gewesen sein, doch diese Methode genügt nicht mehr den heutigen Ansprüchen. Darüber hinaus nimmt die Rack-Dichte zu und geht Hand in Hand mit der Wattleistung, die benötigt wird, um Rechenzentren in Betrieb zu halten und gleichzeitig niedrige PUE-Werte einzuhalten, um „grün“ zu bleiben.

Daher müssen wir die Wasserkühlung als Antwort auf diese hohen Wattleistungen sowohl auf der Knoten- als auch auf der Rack-Ebene betrachten. Vor allem jetzt, wo Rückkühl- und Immersions-Setups flexibel und kostengünstig genug sind, um Hardwarekomponenten zu kühlen. Die Wasserkühlung funktioniert ähnlich einer Klimaanlage. Der Unterschied besteht darin, dass wir Wasser- oder Kühlmittel zum Kühlen verwenden. Das erfordert Pumpen und Leitungen, die die kalte Flüssigkeit in den Server leiten.

Herausforderung: Architektur und Installationen sind erforderlich

Für eine hohe Leistung ist eine Architektur und Installation erforderlich, die so verteilt werden kann, dass sie die gesamte Bandbreite an Kühlszenarien abdeckt. Das ist keine neue Idee für Server. Einige Unternehmen hatten bereits vor den 1980er Jahren flüssiges Kältemittel zur Rückkühlung eingesetzt. Ohne sie wären diese Systeme sonst geschmolzen, sobald sie die hohen Temperaturen des thermischen Auslegungspunkts überschritten hätten. Selbst in den heutigen Szenarien könnten alte Kühlgeräte in einem alten Rechenzentrum also problemlos funktionieren. Doch das Ziel sollte sein, die Effizienz zu verbessern, die Megawatt-Leistung zu erhöhen und gleichzeitig die Betriebskosten zu senken. Warum also dieses Upgrade nicht machen? Dieser Ansatz erweist sich nicht nur für Super-High-Density-Racks als wertvoll, sondern auch für Standard-Run-of-the-Mill-Lösungen, die in Rechenzentren auf der ganzen Welt platziert sind. Die Betreiber sollten sich also fragen, ob Wasserkühlung für ihre Rechenzentren in Zukunft nicht sinnvoller wäre.