Die Kühlung von Rechenzentren ist eines der meist diskutierten und wichtigsten Themen in der Branche. In unserem kürzlich erschienenen Artikel mit dem Titel „Data Center Real Estate, A Tale of Two Markets“ haben wir die wachsende Diskrepanz zwischen älteren Rechenzentren und neuen Hyperscale-Anlagen beschrieben. Unabhängig vom Alter oder der Größe der Anlage sind die Energienutzung und die Effizienz von Rechenzentren entscheidend.

Es ist kein Geheimnis, dass Rechenzentren zu den größten Stromverbrauchern weltweit gehören. Es wird geschätzt, dass die Rechenzentrumsbranche für 1-1,5 % des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich ist. Es wird erwartet, dass diese Zahl noch steigen wird, da sich Cloud-Dienste, Edge Computing, IoT, künstliche Intelligenz (KI) und andere Technologien der digitalen Transformation durchsetzen. Verbesserungen der technologischen Effizienz werden nur durch die immer größeren Mengen an Rechen- und Speicherleistung ausgeglichen, die erforderlich sind, um die Anforderungen von Verbrauchern und Unternehmen zu erfüllen.

Darüber hinaus steigen die Anforderungen an die Leistungsdichte von Rechenzentren Jahr für Jahr weiter an. Die durchschnittliche Rack-Leistungsdichte liegt derzeit bei etwa 7 kW und es ist nicht ungewöhnlich, dass die Rack-Dichte bei 15-16 kW pro Rack liegt. Bei High Performance Compute (HPC) kann die Leistungsdichte 100 kW pro Rack erreichen. Es stellt sich die Frage, was steigende Leistungsdichten und eine schrumpfende Stellfläche für die Kühlung von Rechenzentren bedeuten. Wie wirkt sich dies auf die Power Usage Effectiveness (PUE) aus? Was tun die Eigentümer und Betreiber von Rechenzentren, um den veränderten Kundenanforderungen in ihren Einrichtungen zu begegnen?

In diesem Artikel untersuche ich die aktuellen Systeme und Methoden zur Kühlung von Rechenzentrumseinrichtungen sowie zukünftige Kühltechnologien, die die Rechenzentrumsbranche umwälzen könnten. Wir werden die verschiedenen Komponenten der Rechenzentrumskühlung sowie die Kosten und potenziellen Kosteneinsparungen untersuchen.

Warum ist die Kühlung von Rechenzentren wichtig?

Die hohen Kosten, die mit der Kühlungsinfrastruktur verbunden sind, sind einer der Gründe, warum Unternehmen Rechenzentren vor Ort aufgeben und zu Colocation migrieren. Die meisten privaten Rechenzentren und Telekommunikationsschränke sind ziemlich ineffizient, wenn es um die Kühlung der IT-Infrastruktur geht. Sie verfügen auch nicht über die Überwachungsmöglichkeiten von Colocation-Rechenzentren, was es zunehmend schwieriger macht, die Infrastruktur vollständig zu optimieren, um den Kühlungsbedarf zu reduzieren.

Es sollte offensichtlich sein, dass eine schlecht verwaltete Kühlung von Rechenzentren zu übermäßiger Hitze führen kann, die Server, Speichergeräte und Netzwerkhardware erheblich belastet. Dies kann zu Ausfallzeiten, Schäden an kritischen Komponenten und einer kürzeren Lebensdauer der Geräte führen, was wiederum höhere Investitionskosten nach sich zieht. Und nicht nur das. Ineffiziente Kühlsysteme können die Stromkosten aus betrieblicher Sicht erheblich erhöhen.

Aktuelle Kühlsysteme und -methoden

Kalibrierte vektorielle Kühlung (CVC)

CVC ist eine Form der Kühltechnologie für Rechenzentren, die speziell für Server mit hoher Dichte entwickelt wurde. Sie optimiert den Luftstrompfad über die Geräte, damit das Kühlsystem die Wärme effektiver handhaben kann. Dadurch kann das Verhältnis der Leiterplatten pro Servergehäuse erhöht werden und es werden weniger Enthusiasten benötigt.

Kaltwassersystem

Das Kaltwassersystem ist ein Kühlsystem für Rechenzentren, das üblicherweise in mittleren bis großen Rechenzentren eingesetzt wird und erwärmtes Wasser zur Kühlung der Luft verwendet, die von den Lüftungsanlagen (CRAHs) eingebracht wird. Das Wasser wird von einer Kühlanlage bereitgestellt, die sich irgendwo in der Einrichtung befindet.

Kaltgang/Heißgang-Einhausung

Die Kalt- und Warmgang-Einhausung ist eine gängige Form der Serverrack-Bereitstellung in Rechenzentren, bei der abwechselnd Reihen von „kalten Gängen“ und „heißen Gängen“ verwendet werden. Ein kalter Gang hat kalte Lufteinlässe an der Vorderseite der Racks, während die heißen Gänge aus den Luftauslässen an der Rückseite der Racks bestehen. Heiße Gänge blasen heiße Luft in die Lufteinlässe der Klimaanlage, um sie zu kühlen und dann in die kalten Gänge zu blasen. Leere Racks sind mit Abdeckplatten versehen, um Überhitzung oder Verschwendung von Kaltluft zu verhindern.

Computer-Raumklimageräte (CRAC)

CRAC-Einheiten, die zu den häufigsten Merkmalen eines Rechenzentrums gehören, sind herkömmlichen Klimaanlagen sehr ähnlich und werden von einem Kompressor angetrieben, der Luft über eine mit Kältemittel gefüllte Kühleinheit saugt. Sie sind hinsichtlich des Energieverbrauchs recht ineffizient, die Geräte selbst sind jedoch vergleichsweise preiswert.

Computer-Raumklimageräte (CRAH)

Ein CRAH-Gerät funktioniert innerhalb eines größeren Systems mit einer Kaltwasseranlage (oder Chiller) irgendwo in der Einrichtung. Das gekühlte Wasser fließt durch ein Kühlregister im Inneren des Geräts, das dann modulierende Ventilatoren verwendet, um Luft von außerhalb des Gebäudes anzusaugen. Da sie durch die Kühlung von Außenluft arbeiten, sind CRAH-Geräte sehr viel effizienter, wenn sie an Standorten mit kälteren Jahrestemperaturen eingesetzt werden.

Kritische Kühllast

Diese Messung stellt die gesamte nutzbare Kühlkapazität (normalerweise in Watt Leistung ausgedrückt) auf dem Boden des Rechenzentrums für die Kühlung von Servern dar.