Immersion cooling im Rack

Da globale Erwärmung sowie Serverdichte und Anzahl von High-End-GPUs und CPUs im Datenzentrum zunehmen, müssen Kühlsysteme mehr arbeiten, um eine stabile Umgebungstemperatur im Inneren zu gewährleisten. Derzeit machen Datenzentren 1% bis 3% des globalen Stromverbrauchs aus. Und da sowohl die Datenmengen als auch die Nachfrage nach digitalen Diensten weiterhin steigen, schätzt die Internationale Energieagentur (IEA), dass der Energieverbrauch von Rechenzentren bis 2030 zwischen 3% bis 8% der globalen Stromnachfrage ausmachen wird. Dieser Anstieg trägt zu den Treibhausgasemissionen bei und beeinflusst direkt den CO2-Fußabdruck eines jeden Rechenzentrums, was den Klimawandel, weiter befeuert.

Die Reduzierung des Energiebedarfs für den gesamten IT Sektor einschließlich aller Rechenzentren ist ein wichtiger Schritt zur Erreichung der Energieeffizienzrichtlinie innerhalb der EU.

Was ist Immersion Cooling?

Immersion Cooling ist eine fortschrittliche Kühltechnologie, bei der elektronische Komponenten direkt in eine spezielle Immersionsflüssigkeit oder ein Kühlmittel eingetaucht werden, um die entstehende Wärme effizient abzuführen. Diese Methode wird insbesondere in Hochleistungs-Rechenzentren und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe Leistungsdichte vorhanden ist, wie beispielsweise bei der Elektronikkühlung von Servern und Hochleistungssystemen. Im Gegensatz zu traditionellen Methoden wie der Luft- oder Wasserkühlung bietet die Tauchkühlung eine direktere Wärmeübertragung, da das Arbeitsfluid in direktem Kontakt mit den Komponenten steht, wodurch ein schnellerer Wärmeaustausch möglich ist. Dabei kommen häufig flüssige Schmierstoffe wie spezielle Öle zum Einsatz, die sich durch hohe thermische Stabilität und elektrische Isolationseigenschaften auszeichnen.

Man unterscheidet zwischen einphasiger und zweiphasen-Immersion Cooling. Bei der einphasigen Tauchkühlung bleibt das Kühlmittel während des gesamten Prozesses flüssig, während es bei der zweiphasigen Variante durch die Wärme in einen gasförmigen Zustand übergeht und anschließend durch Kondensation wieder flüssig wird. In beiden Fällen sorgt ein Kreisel oder eine Pumpe dafür, dass die Immersionsflüssigkeit effizient durch das System zirkuliert. Diese Kühlmethoden werden vor allem dann bevorzugt, wenn es um die Kühlung von Hochleistungs-Servern geht, da sie deutlich effektiver als herkömmliche Methoden sind und dabei helfen, die steigenden Anforderungen an die Kühlung in modernen Rechenzentren und industriellen Anwendungen zu bewältigen.

Effiziente Lösung für moderne Datenzentren?

Immersion Cooling stellt eine überzeugende Antwort auf die Frage der Kühlung in modernen Rechenzentren dar und  basiert auf einfacher Physik: Um Wärme zu transportieren, sind Flüssigkeiten wesentlich effektiver als Luft, was eine enorme Energieeinsparung bedeutet.

Während Immersion Cooling-Lösungen vor einigen Jahren noch als neue Technologie eingestuft wurden, hatte bereits Ende der 1960er Jahre einer der weltweit größten Computerinnovatoren seiner Zeit, IBM, die erste Hybrid-Luft-zu-Wasser-Lösung entwickelt, um die energiehungrigen und „heißen“ Server mit Wärmetauschern zu kühlen. Erst in den 1990er Jahren begann der Supercomputerhersteller CRAY, die Immersionstechnologie für die eigenen Supercomputer zu verwenden.

Herausforderungen durch Immersion Cooling

Heute werden komplette Server in ein dielektrisches und somit elektrisch nicht leitendes Fluid eingetaucht, das die Wärme aufnimmt. Somit ist es zum Beispiel möglich, die Lüfter im Server auszuschalten oder sogar ganz ohne Lüfter zu bauen. Obwohl diese Technologie bewährt und sehr energieeffizient ist, tun sich viele Rechenzentrumsbetreiber immer noch schwer mit der Idee, elektronische Komponenten in Flüssigkeit zu tauchen. Die größten Herausforderungen aus ihrer Sicht sind:

• Flüssigkeitsleckage und -entsorgung
• Wartung, Inspektion und Reparatur der Hardware
• Platz- und Gewichtsbeschränkungen

Rack-montierbare Immersion Cooling Lösung für Rechenzentren

Ein sehr effektiver Weg, diesen Herausforderungen zu begegnen, ist die flexible, rack-montierbare Immersion Cooling-Lösung unseres Partners iXora aus Ede, Niederlande. Anstelle von großen offenen Tanks hat iXora leicht zu installierende Kassetten entwickelt, die in ein Standard-19″-Rack passen und einzeln entfernt werden können. Jede geschlossene Kassette kann bis zu 4 kW an Rechenleistung aufnehmen und verfügt über einen praktischen Tragegriff. So kann jede Kassette nebst Inhalt schnell und einfach zu einem anderen Ort transportiert werden.

Zusätzlich kann jeder Server mit dieser Lösung einzeln administriert werden. Damit bleiben alle aktuellen Arbeitsabläufe mehr oder weniger unverändert und die 19″-Racks weiterhin im Einsatz. Wartung, Inspektion oder Reparatur kann nun überall und ohne das Verschütten von Flüssigkeiten durchgeführt werden.

Die in der iXora-Lösung verwendete Flüssigkeit fließt, wenn sie heiß wird, nach oben und über die vertikal montierten elektronischen Komponenten. Danach geht es zurück durch die Wärmetauschseite, wodurch sie abkühlt. Die heißen und kalten Bereiche sind durch eine Isolierschicht getrennt, um das Vermischen zu verhindern. So kann der heiße Teil effektiv den Kamineffekt nutzen und kommt ohne Pumpen oder andere bewegliche Teile, die Energie benötigen, aus.