Kühlmethoden für Rechenzentren:
Liquid Cooling vs Immersion Cooling

Warum effiziente Kühlung im Rechenzentrum immer wichtiger wird

Jahrelang reichte es, bei starker Hitze stärkere Lüfter einzubauen und die Klimaanlage höher zu drehen. Doch dieses Prinzip stößt heute an technische und wirtschaftliche Grenzen. Mit der wachsenden Leistungsdichte moderner Server und der Hitzeentwicklung spezialisierter GPUs ist klassische Luftkühlung schlicht nicht mehr zeitgemäß – zu ineffizient, zu stromintensiv, zu platzraubend. Moderne Rechenzentren brauchen smarte Lösungen, die Leistung und Energieverbrauch gleichzeitig im Griff behalten.

Der unersättliche Energiehunger von KI und HPC

Prozessoren für High-Performance-Computing (HPC) und moderne KI-Beschleuniger sind Wunderwerke der Technik – und gleichzeitig wahre Heizstrahler. Noch vor wenigen Jahren lag die thermische Designleistung (TDP) einer typischen Server-GPU zwischen 150 und 300 Watt. Heute bringt es ein einzelner Nvidia Blackwell B200 Tensor Core auf bis zu 1.200 Watt. In Systemen wie dem GB200 werden diese Hochleistungs-GPUs sogar im Doppelpack betrieben. 

Damit steigen nicht nur die Performancewerte, sondern auch die Anforderungen an das thermische Management dramatisch. Klassische Luftkühlung wird hier schnell zur Leistungsbremse und Kostenfalle. Sie ist für bis zu 40 % des Gesamtenergieverbrauchs eines Rechenzentrums verantwortlich, was sich in einem schlechten PUE-Wert (oft über 1,4) und hohen Stromrechnungen niederschlägt. In Zeiten strenger ESG-Vorgaben ist diese Ineffizienz nicht mehr tragbar. 

Luftkühlung am Limit: Chip-Hersteller machen den Weg für neue Methoden frei

Die großen Chip-Hersteller treiben den Wandel aktiv voran:

• Nvidia hat seine neue Blackwell-Architektur rund um das GB200-Supersystem explizit für Direct Liquid Cooling konzipiert. Nur durch Flüssigkeit kann die extreme Leistungsdichte zuverlässig gebändigt werden.
• Intel und AMD arbeiten eng mit Technologiepartnern zusammen, um ihre leistungsstärksten CPU-Familien – Xeon und EPYC – sowie ihre GPU-Beschleuniger für Flüssigkeitskühlung zu validieren und zu optimieren.

Die Botschaft ist klar: Wer die volle Leistung der nächsten Hardwaregeneration ausschöpfen will, kommt an Flüssigkeitskühlung nicht mehr vorbei.

Liquid Cooling: Bewährte Technik mit neuen Möglichkeiten

Beim Liquid Cooling wird eine Kühlflüssigkeit verwendet, um die im Betrieb entstehende Wärme abzuführen. Ein besonders effizientes Verfahren ist die sogenannte Direct-to-Chip-Kühlung, bei der das Kühlmittel direkt durch spezielle Kühlkörper (Cold Plates) auf Prozessoren, GPUs oder andere Hotspots geleitet wird. Dieser Ansatz ist ein gezielter chirurgischer Eingriff: Statt den gesamten Raum oder Server zu kühlen, wird die Kühlung genau dorthin gebracht, wo die meiste Hitze entsteht. 

Die Liquid-Cooling-Technologie ist längst keine Nischenlösung mehr – sie hat sich in den letzten Jahren als leistungsstarke Alternative zur klassischen Luftkühlung etabliert.

Die Vorteile von Liquid Cooling

• Kühle deine Power-Chips punktgenau: Flüssigkeit leitet Wärme 25-mal besser als Luft. So bändigst du selbst Hitzköpfe mit über 1.000 Watt und schöpfst die maximale Leistung aus deinen KI- und HPC-Systemen.
• Mehr Power pro Rack: Da du keine massiven Lüfter und breiten Luftkorridore mehr brauchst, kannst du deine Racks viel dichter packen und mehr Rechenleistung pro Quadratmeter unterbringen.
• Endlich Ruhe im Serverraum: Weniger Lüfter bedeuten deutlich weniger Lärm. Das freut nicht nur deine Ohren, sondern auch die deiner Kollegen.
• Heizen statt Kühlen: Die Abwärme moderner DLC-Systeme wird zur wertvollen Ressource. Nutze sie, um Gebäude zu heizen, und senke so deine Betriebskosten – ein riesiger Pluspunkt für deine ESG-Bilanz.
• Perfekt zum Nachrüsten: Dank modularer Bauweise lassen sich viele DLC-Systeme problemlos in bestehende 19-Zoll-Racks integrieren. Ideal für die Modernisierung deines Rechenzentrums.

Liquid Cooling in der Praxis: Einsatzbereiche und Anwendungsbeispiele

Ein Paradebeispiel liefert Nvidia: Das neue GB200 NVL72-System wurde von Grund auf für Direct Liquid Cooling konzipiert, um seine enorme Leistung zu bändigen. Führende Hyperscaler folgen diesem Trend, aber auch in Enterprise-Rechenzentren etabliert sich DLC als Lösung für leistungsintensive Aufgaben.

Typische Einsatzfelder sind:

• High-Performance-Computing (HPC): Ermöglicht maximale Rechenleistung in Forschung und Wissenschaft, ohne thermische Drosselung bei komplexen Simulationen.
• Künstliche Intelligenz (KI) & Machine Learning (ML): Maximiert die Performance pro Watt beim Training großer Modelle und verkürzt so die Rechenzeiten.
• Finanzdienstleistungen: Sichert höchste Performance auf engstem Raum, etwa für den latenzkritischen Hochfrequenzhandel.
• Medien & Entertainment: Garantiert einen stabilen und leisen Dauerbetrieb beim Rendering von 3D-Modellen.

Grenzen & Herausforderungen von Liquid Cooling

So effizient Liquid Cooling auch ist, ein paar Herausforderungen bringt es mit. Die Installation von Pumpen, Kühlkörpern und Kreisläufen ist komplexer und erfordert Know-how. Wasserbasierte Systeme müssen regelmäßig auf Dichtheit geprüft werden, da selbst kleine Undichtigkeiten gravierende Folgen für die Hardware haben können.

Außerdem gilt: Direct Liquid Cooling (DLC) kühlt nur die „Stars“ wie CPU und GPU. Komponenten wie Speicher oder Netzwerkchips sind weiterhin auf Luft angewiesen. Du managst also ein Hybridsystem und musst darauf achten, dass zwischen den verschiedenen Kühlzonen keine thermischen Ungleichgewichte entstehen. Expertenwissen ist gefordert. 

Immersion Cooling: Der Quantensprung in der Kühlarchitektur

Warum kleckern, wenn du klotzen kannst? Beim Immersion Cooling tauchst du den kompletten Server in ein nicht-leitendes Flüssigkeitsbad. Die Flüssigkeit umschließt jedes Bauteil und führt die Wärme lüfterlos und absolut gleichmäßig ab. Dabei gibt es zwei Methoden:

• Single Phase: Die Flüssigkeit bleibt flüssig. Sie umspült die Bauteile, nimmt die Wärme auf und wird extern gekühlt – ein simpler Kreislauf.
• Two Phase: Hier wird’s physikalisch! Die Flüssigkeit siedet an den heißesten Stellen, der Dampf steigt auf, kühlt oben ab und regnet als Flüssigkeit zurück auf die Hardware.

Die Vorteile von Immersion Cooling

• Maximale Kühlleistung für extreme Leistungsdichten: Jedes Bauteil badet in der Kühlflüssigkeit. Das eliminiert alle Hotspots und bietet eine unerreichte thermische Stabilität – selbst bei extremsten Leistungsdichten.
• Drastische Reduzierung des Energieverbrauchs: Ohne Lüfter und Klimageräte sparst du bis zu 95 % der Energiekosten für die Kühlung. Dein PUE-Wert verbessert sich stark und die Raumtemperatur ist egal.
• Maximale Flächeneffizienz und höhere Rack-Dichte: Kalt- und Warmgang-Trennungen gehören der Vergangenheit an. Beim Immersion Cooling stehen die Tanks eng beieinander, was dir eine extreme Packungsdichte und mehr Rechenleistung auf weniger Fläche ermöglicht.
• Verlängerte Hardware-Lebensdauer und erhöhte Zuverlässigkeit: Im schützenden Bad gibt es weder Staub noch Feuchtigkeit oder Vibrationen. Das konstante Temperaturniveau schont die Bauteile, verlängert ihre Lebensdauer und erhöht die Zuverlässigkeit.
• Effiziente Wärmerückgewinnung und Nachhaltigkeit: Die Kühlflüssigkeit erreicht im Immersion Cooling hohe Temperaturen, was die Wärmerückgewinnung besonders effizient macht. Heize damit Gebäude oder speise die Energie ins Fernwärmenetz ein – perfekt für deine Kosten, deinen Beitrag zur CO₂-Reduktion und zur Erfüllung von ESG- und Green-IT-Zielen.

Immersion Cooling in der Praxis: Einsatzbereiche und Anwendungsbeispiele

Immersion Cooling hat sich von einer Nischentechnologie zu einer praxiserprobten Lösung für höchste Leistungsdichten entwickelt. Ein innovatives Beispiel dafür liefert RNT mit dem iXora HRM-4: Statt auf offene Tanks setzt das innovative System auf geschlossene Kühlkassetten, die sich direkt in 19-Zoll-Racks integrieren lassen. Jede Kassette bietet bis zu 4 kW thermische Last (bis zu 16 kW pro Gehäuse), wodurch selbst extrem anspruchsvolle KI- und HPC-Workloads effizient gekühlt werden können. 

Dank der hohen Leistungsdichte überzeugt Immersion Cooling in diversen Hochlastumgebungen:

• High-Performance-Computing (HPC) & Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML): Ermöglicht den Betrieb von Clustern mit höchster Dichte ohne thermische Drosselung.
• Blockchain & Krypto-Mining: Bietet eine kosteneffiziente und zuverlässige Kühlung für energieintensive Hardware.
• Edge Computing: Schafft robuste, kompakte Systeme für Standorte mit begrenztem Platz oder anspruchsvollen Bedingungen.
• Forschung und Entwicklung: Erlaubt es, experimentelle Hardware und Prototypen unter optimalen thermischen Bedingungen zu betreiben.

Grenzen und Herausforderungen von Immersion Cooling

Klar, der Sprung ins kalte Wasser hat seinen Preis. Die Erstinvestition ist höher, denn du brauchst die komplette Spezialausrüstung: Tanks, dielektrische Flüssigkeit und eine angepasste Infrastruktur.

Auch die Wartung ist ein spezieller Fall: Wenn mal eine Komponente getauscht werden muss, ist der Eingriff im Flüssigkeitsbad aufwendiger und erfordert geschultes Personal. Aber der Clou ist: Da es keine Lüfter und kaum bewegliche Teile gibt, ist das System extrem wartungsarm und geht seltener kaputt.

Richtig geplant, ist es eine Investition, die sich auszahlt – besonders wenn du maximale Packungsdichte, hohe Kühlleistung und echte Nachhaltigkeit suchst.

Fazit: Die richtige Kühlstrategie für dein Rechenzentrum

Rechenzentren sind das Rückgrat der digitalen Welt – doch sie brauchen das richtige Klima, um effizient und zuverlässig zu funktionieren. Immersion Cooling und Liquid Cooling bieten zwei innovative Antworten auf die thermischen Herausforderungen moderner IT. Welche Lösung die bessere ist? Das hängt ganz von deinen Anforderungen ab.

Fest steht: Wer heute die Impulse für eine Investition setzt, entscheidet über die Performance, Betriebskosten und ESG-Bilanz der nächsten Jahre. Und oft rechnet sich das schneller als gedacht. Wir von RNT helfen dir dabei, die richtige Wahl zu treffen – mit passender Technik, fundierter Beratung und der Erfahrung aus unzähligen Projekten.

Genutzte Quellen: