Direct Liquid Cooling Chipkühlung: Kühltechnik für KI-Rechenzentren

Rittal und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung testen in einem gemeinsamen Pilotprojekt eine Lösung für Direct Liquid Cooling, um hohe Wärmelasten in KI- und HPC-Anwendungen effizient abzuführen. Damit soll ein Blaupausenmodell für nachhaltige Rechenzentrumsinfrastrukturen in Deutschland entstehen.

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI – Gesellschaft für Schwerionenforschung) bringt den Weltraum nach Darmstadt: Mit ihren Anlagen erkunden die Wissenschaftler, was Millisekunden nach dem Urknall passierte und wie Materie entstand. „Im Beschleunigerzentrum werden wir Materie unter Bedingungen erforschen können, für die man sonst in den Weltraum reisen müsste“, erklärt Dr. Helmut Kreiser, stellvertretender Abteilungsleiter IT, Leiter IT Core Services and Applications sowie Leiter des Green IT Cubes beim GSI Helmholtzzentrum.

Mit „FAIR“ entsteht dort eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Dafür werden Teilchen auf bis zu 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

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Gigabyte an Daten pro Sekunde fallen schnell an bei den Experimenten, die Aufschluss zum Aufbau der Materie liefern oder Krebstherapien voranbringen. Dafür hat das GSI ein eigenes Rechenzentrum gebaut, den sogenannten „Green IT Cube“.

Die bis heute übliche Luftkühlung an den Prozessoren stößt allerdings an ihre physikalische Grenze, wenn die Leistungsdichte für High Performance Computing (HPC) und KI weiter erhöht wird. Eine Flüssigkeit wie Wasser muss deswegen direkt zu den Halbleiterbausteinen. Ansonsten lassen sich KI-Anwendungen in keinem Rechenzentrum in großem Stil betreiben.

Rittal hat eine modulare Kühlverteilertechnik für Data Center entwickelt, die eine Kühlleistung von mehr als 1 MW pro Rack bietet. Diese Cooling Distribution Unit wurde in Zusammenarbeit mit US-Hyperscalern und Server-OEMs konzipiert. Mit der direkten Flüssigkeitskühlung der Prozessoren will man den steigenden Anforderungen des Wärmemanagements in Rechenzentren begegnen, die durch Künstliche Intelligenz und High Performance Computing (HPC) entstehen.

Insbesondere bei Leistungsdichten von mehr als 150 kW pro Rack erreicht die Luftkühlung ihre physikalischen Grenzen. Die neue Lösung der direkten Chipkühlung durch Flüssigkeit soll Rechenzentren in die Lage versetzen, diese Wärmelasten effizient abzuführen und gleichzeitig eine hohe Energieeffizienz sicherzustellen.

Cooling Distribution Unit in der Praxis am GSI

Die modulare Cooling Distribution Unit, die im kompakten Rack-Format über 1 MW Kühlleistung erbringt, geht nun am GSI in die Live-Praxis. Ziel ist es, durch direkte Flüssigkeitskühlung der Prozessoren den steigenden Anforderungen zu begegnen.

Als Kreiser die Rittal-Kollegen auf einer Messe besuchte und die Kühllösung sah, war schnell klar: Diese Coolant Distribution Unit (CDU) passt ideal in den Green IT Cube. Sie schließt die letzte luftgekühlte Lücke bis zu den Servern.

Im GSI wird die Wärme ohnehin schon ab der Rücktür der Racks mit Wasser abgeführt. Und zwar hocheffizient. Bereits heute erreicht das Rechenzentrum einen Effizienz-Kennwert (PUE) von unter 1,07.

Schnell war man sich einig, dass es nicht nur um Einsatz, sondern auch Entwicklung gehen soll. Wo hat man bessere Chancen dafür als bei den Wissenschaftlern im GSI? Rittal und GSI haben daher beschlossen, im Rahmen einer Kooperation den Praxiseinsatz zu erproben und gleichzeitig die Effizienz der Lösung zu steigern sowie den CO₂-Footprint weiter zu senken.

„Mit der neuartigen direkten Chipkühlung in Kooperation mit Rittal betreten wir gemeinsam technisches Neuland – und leisten gleichzeitig Pionierarbeit, wie solche Systeme im größeren Stil in Rechenzentren angewendet werden können“, sagt Kreiser. Bei der Zusammenarbeit von Rittal und GSI geht es also sowohl um den Einsatz und Optimierung vor Ort, als auch um eine Vorbildfunktion für die Rechenzentrumswelt.

Infrastruktur für Rechenzentren in Deutschland schaffen

Uwe Scharf, Rittal Geschäftsführer für den Vertrieb Deutschland, sagt: „Wenn wir Wertschöpfung für die Industrie und Fortschritte in der Forschung durch KI und High Performance Computing erreichen wollen, müssen wir schnell auch die Voraussetzungen in den Rechenzentren schaffen.“

Je besser die praktischen Probleme bei Installation, Betrieb und Instandhaltung gelöst sind, desto eher werden Betreiber von Großrechenzentren solche Lösungen einsetzen.

„Diese Infrastruktur muss schnell auch in Deutschland entstehen, damit KI zum Wachstumstreiber für Industrie, Forschung und Digitalindustrie werden kann“, erläutert Scharf. „Mit Eplan treiben wir KI-Anwendungen in der Industriesoftware voran. Mit GSI leisten wir die Grundlagenarbeit für die IT-Infrastruktur. Wenn wir es richtig machen, können sich Forschung, Industrie und Digitalwirtschaft beflügeln.“

Digitale Zwillinge für die Optimierung von KI-Anwendungen

Eine der größten Herausforderungen bei der flächendeckenden Nutzung von Anwendungen der künstlichen Intelligenz ist das effiziente Management ihres großen Energieverbrauchs. Aus diesem Grund steht bei der Kooperation zwischen Rittal und GSI diese Art der Optimierung weit oben im Lastenheft – nicht nur auf Geräteebene, sondern im gesamten Rechenzentrum als ganzheitliches Kühlsystem.

Dafür steuert das Darmstädter Start-up etalytics eine KI-basierte Lösung zum Projekt bei. Hervorgegangen aus einer Forschungsgruppe der TU Darmstadt, bringt etalytics Deep­Tech-Entwicklungen aus den Bereichen Datenanalyse, KI und Energiewissenschaften aus der Forschung in die Praxis. Mit digitalen Zwillingen des Systems sorgt KI aus Hessen so für mehr Energieeffizienz beim Einsatz von KI-Anwendungen. (kr)

* Steffen Maltzan arbeitet in der Unternehmenskommunikation bei Rittal in Herborn. David Schahinian ist freier Journalist.

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