Immersion Cooling und Liquid Cooling – Die Zukunft der KI-Rechenzentren

Das rasante Wachstum von KI-Workloads und High-Performance-Computing (HPC) stellt immer höhere Anforderungen an Rechenzentren. Anwendungen wie Deep Learning, Generative KI und komplexe Simulationen in Wissenschaft und Industrie erfordern immer mehr Rechenleistung und erzeugen dabei erhebliche Wärme.
Daher werden Immersion Cooling und Liquid Cooling zunehmend als effiziente und nachhaltige Kühlmethoden eingesetzt.

Warum KI und HPC neue Kühltechnologien benötigen

Die Komplexität und der Umfang von KI- und HPC-Modellen nehmen rasant zu. Dadurch steigen die thermischen Lasten, und Kühlung wird zu einem entscheidenden Faktor für die Leistung und Zuverlässigkeit der Infrastruktur.

• Hohe Wärmeentwicklung durch intensive Berechnungen: KI-Workloads können bis zu zehnmal mehr Wärme erzeugen als herkömmliche Server und erfordern verbesserte Kühllösungen.
• Steigender Energieverbrauch durch leistungsstarke Hardware: KI-Modelle laufen auf spezialisierter Hardware wie NVIDIAs DGX B200 und Googles TPUs, die jeweils bis zu 700 W Wärme erzeugen können.
• Anhaltend hohe Lasten mit intensiven Spitzen: KI-Training und HPC-Simulationen erfordern über längere Zeiträume hinweg Hochleistungsrechnen, mit plötzlichen Lastspitzen bei der Verarbeitung großer Datensätze.

Diese Entwicklungen machen Luftkühlung weniger effektiv. Immersion Cooling und Liquid Cooling ermöglichen eine effizientere Wärmeabfuhr und sorgen dafür, dass KI-Modelle und HPC-Workloads dauerhaft optimale Leistung erbringen.

Immersion Cooling: optimale Wärmeabfuhr für KI-Workloads

Beim Immersion Cooling werden Server vollständig in eine nicht leitende Flüssigkeit eingetaucht. Diese Methode führt Wärme deutlich effizienter ab als Luftkühlung, hält die Temperaturen stabil und ermöglicht es der Hardware, über längere Zeiträume hinweg mit maximaler Leistung zu arbeiten.
Vorteile von Immersion Cooling für KI und HPC

• Höhere Rechendichte pro Rack: Mehr Hardware kann pro Quadratmeter untergebracht werden, ohne Überhitzungsrisiken.
• Optimale Leistung ohne Throttling: KI-Chips bleiben im gewünschten Temperaturbereich und arbeiten ohne wärmebedingte Leistungseinbussen mit voller Geschwindigkeit.
• Energieeffizientere Kühlung: Wärmeabfuhr über Flüssigkeit ist deutlich effektiver als über Luft, was den Energieverbrauch senkt.
• Geeignet für die Wiederverwendung von Abwärme: Überschüssige Wärme kann beispielsweise in Fernwärmesystemen genutzt werden – wie bei den geplanten Abwärmeprojekten von NorthC im Rahmen der Nachhaltigkeitsstrategie.

Liquid Cooling: direkte Kühlung für KI- und HPC-Hardware

Vorteile von Liquid Cooling für KI und HPC

•  Direkte Wärmeabfuhr an der Quelle: Kühlung erfolgt direkt an CPUs und GPUs, verhindert Überhitzung und Leistungseinbussen (Throttling).
• Kompatibel mit bestehender IT-Infrastruktur: Kann in herkömmliche Serverumgebungen integriert werden, ohne größere Anpassungen.
• Flexible Implementierung: Liquid Cooling kann zusammen mit Luftkühlung oder Immersion Cooling eingesetzt werden.
• Geringerer Energieverbrauch: Effizientere Kühlung senkt den Stromverbrauch und trägt zu niedrigeren Betriebskosten bei.

Was ist der Unterschied zwischen Liquid Cooling und Immersion Cooling?

Beide Technologien nutzen Flüssigkeit anstelle von Luft zur Wärmeabfuhr, unterscheiden sich jedoch in der Umsetzung und Effizienz.

Immersion Cooling

•  Kühlmethode: Server werden vollständig in eine nicht leitende Flüssigkeit eingetaucht, wodurch Wärme direkt und gleichmässig abgeführt wird.
• Integration: Erfordert eine Neugestaltung der Infrastruktur.
• Effizienz: Sehr effektive Wärmeabfuhr, insbesondere bei Zweiphasensystemen, bei denen Wärmeaufnahme und -abgabe nahezu sofort erfolgen.
• Wartung: Kann komplexer sein, da Hardware zur Inspektion oder Reparatur aus der Flüssigkeit entfernt werden muss.

Liquid Cooling

• Kühlmethode: Flüssigkeit zirkuliert durch Rohrleitungen und Kühlplatten und führt Wärme direkt von Komponenten wie CPUs und GPUs ab.
• Integration: Kann mit minimalen Anpassungen in bestehende Serverarchitekturen integriert werden.
• Effizienz: Effektiver als Luftkühlung, die Leistung hängt jedoch von der Qualität der Pumpen, der Auswahl der Kühlflüssigkeit und dem Design des Wärmetauschers ab.
• Wartung: Erfordert regelmäßige Überprüfungen, um Leckagen zu verhindern und die Effizienz zu gewährleisten.

Die Zukunft nachhaltiger und effizienter KI-Rechenzentren

KI- und HPC-Workloads treiben die Anforderungen an die Kühlung in Rechenzentren weiter voran. Während Luftkühlung noch verbreitet ist, erfordert die zunehmende Leistungsdichte von KI-Hardware effizientere Lösungen. Immersion Cooling und Liquid Cooling bieten bessere Leistung, Energieeinsparungen und eine nachhaltigere Infrastruktur. Bei NorthC bereiten wir unsere Rechenzentren aktiv auf diese Entwicklungen vor. Ein gutes Beispiel ist unser Rechenzentrum Münchenstein (Basel) 1, wo wir HPC sowie souveräne KI-Lösungen anbieten. Mit skalierbarer Kapazität und fortschrittlichen Kühltechnologien bieten wir Organisationen den Raum und die Flexibilität zum Wachsen.