Einphasige direkte Flüssigkeitskühlung Wasserkühlung: So gelingt die Megawatt-Kühlung für KI

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Rittal hat eine Kühllösung auf Basis von Wasser vorgestellt, die eine Kühlleistung von mehr als einem Megawatt bringt und den Weg für KI ebnet. Denn der Bedarf an Rechenleistung wächst so stark, dass ein völlig neues Level bei Skalierung, Kühlung, Stromverteilung und Energieeffizienz in Rechenzentren notwendig ist.

Die Möglichkeiten durch Künstliche Intelligenz scheinen gigantisch. Die Analysten von McKinsey prognostizierten im Juni 2023, dass die Produktivitätssteigerung durch Generative KI der Weltwirtschaft einen Mehrwert von 2,6 bis 4,4 Billionen US-Dollar im Jahr bringen könnte. „Wenn auch nur ein Teil davon realisiert werden soll, muss die IT-Infrastruktur schnellstens wachsen und an entscheidenden Stellen technologisch neu gedacht werden“, sagt Philipp Guth, CTO in der Geschäftsführung von Rittal International.

Aber ist die IT-Infrastruktur schon bereit? Betreiber von Rechenzentren betreten mit ihren Technologie-Partnern hier gerade technologisches Neuland. Insbesondere das Wärmemanagement birgt Herausforderungen.

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Die Leistungsdichte für KI-Anwendungen wie beispielsweise das Training und der Betrieb von Large Language Models (LLMs) in zukünftigen Rechenzentren oder das schon weiter verbreitete High Performance Computing bringen das Wärmemanagement mit der heute üblichen Luftkühlung schnell an die physikalischen und wirtschaftlichen Grenzen. Die neuen, ultraschnellen Grafikprozessoren (GPUs) produzieren so viel Wärme, dass die Hersteller sie gleich für leistungsfähige direkte Flüssigkeitskühlung auslegen.

Rittal hat dafür in enger Abstimmung mit mehreren Hyperscalern eine modulare Cooling-Lösung entwickelt, die mit direkter Wasserkühlung eine Kühlleistung von mehr als 1 MW erbringt – und so die erforderlichen Leistungsdichten erst erreichbar macht.

„Um den schnellen Infrastruktur-Ausbau technisch, wirtschaftlich und organisatorisch zu ermöglichen, braucht es hochgradige Standardisierung sowie Skalierbarkeit durch modularen Aufbau und weltweite Verfügbarkeit“, erklärt Guth.

Modulplattform für die einphasige direkte Flüssigkeitskühlung

Die Ingenieure aus Herborn nutzen dafür sogenannte Coolant Distribution Units für die einphasige direkte Flüssigkeitskühlung mit Wasser, die auf besonders einfache Servicierbarkeit ausgelegt sind.

Wie das funktioniert? Mit Modularisierung und den Design-Vorteilen des Open Rack V3, dessen Entwicklung die Herborner im Open Compute Project (OCP) vorangetrieben haben: Nach dem Vorbild der Stromversorgung wird der Server im Rack mit standardisierten Anschlüssen an die zentralen Zu- und Abläufe des Wasserkreislaufs gekoppelt.

Funktionseinheiten wie die zentrale Controller Unit und mehrere Kühlmittel-Fördereinheiten (CCUs) sind je nach Leistungsanforderung vollständig modular und werden unkompliziert ins Rack geschoben. Sie garantieren eine hohe Verfügbarkeit durch eine redundante Auslegung n+1.

Das Monitoring von Leckagen setzt schon auf Komponenten-Ebene an. Beim Service bietet dieses Konzept einen wesentlichen Vorteil: Komponenten wie Controller, Sensoren oder die Pumpeneinheiten der In-Row-Lösung können im laufenden Betrieb gewartet und einfach per „Hot Swap“ getauscht werden. Die Stromversorgung erfolgt über die standardisierte DC-Stromschiene im Rack.

Kühlleistung von über einem Megawatt

„Die Kombinationsmöglichkeiten der Plattform-Module sind auf hohe Flexibilität ausgelegt. Sie ergänzen als weitere Bausteine das Rittal Systemangebot mit abgestimmten Modulen für alle Säulen der Rechenzentrums-OT wie Rack, Cooling, Power, Monitoring und Security“, erläutert Lars Platzhoff, Leiter der Business Unit Cooling Solutions beim Herborner Spezialisten.

Die Liquid-to-Liquid-Lösungen kühlen als Anreihlösung zu Racks über 1 MW, im Einzelschub für das Rack bis 100 kW. Sie sind auch ideal, um den CO₂-Footprint durch Wärmerückgewinnung zu senken. Dafür unterstützt das Unternehmen mit seiner Erfahrung schon bei der Rechenzentrums-Planung, damit die Wärme effizient vom Manifold im Rack bis zu ihrer Weiternutzung gelangt, beispielsweise in Fernwärmenetze.

Für Rechenzentren ohne Wasseranschluss sind auch Liquid-to-Air Varianten verfügbar, welche die Wärme an der Rack-Rücktür oder über einen Seitenkühler als geschlossenes System an die Luft im Rechenzentrum abgeben.

Infrastruktur direkt im Standard-Rack

„Power, Cooling und Monitoring werden als elementare Säulen der IT-Infrastruktur immer häufiger direkt im standardisierten Rack integriert. Wesentliche Treiber dieses Trends sind mehrere Hyperscaler und Server-OEMs, die wir als Hauptlieferant mit Racks versorgen“, erläutert Guth.

„Wir sind überzeugt, dass dieses Konzept durch den Bedarf an immer höherer Leistung und schneller Skalierung bald zum Standard bei unseren globalen IT-Kunden werden wird. Neben den Hyperscalern wird es auch für immer mehr Colocators interessant werden.“

„Wir beschränken uns nicht auf das Open Rack V3 in 21 Zoll. Es folgen auch Varianten für unsere VX IT Racks in 19 Zoll“, sagt Platzhoff. Die volle Integration in die Systemplattform sei ein relevanter Hebel, um die nötige Infrastruktur für KI-Anwendungen großflächig auszurollen – vom großen Hyperscale-Datacenter bis zum kleinen Enterprise-Rechenzentrum.

Enabling Technology für KI

„Direct Liquid Cooling ist die ‚Enabling Technology‘ für KI. In unsere Entwicklung sind die Impulse unserer globalen Großkunden und die langjährigen Erfahrungen von Rittal in IT und Industrie eingeflossen – 20 Jahre HD-IT-Cooling und über drei Jahrzehnte Klimatisierung von Steuerungen, Schaltungen und Maschinen unter schwierigsten Indus­trie-Bedingungen“, erläutert Platzhoff: „Das Ergebnis wollen wir schnellstmöglich Kunden aller Größen zugänglich machen.“ (kr)

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