Es ist allgemein bekannt, dass Rechenzentren eine große Menge an Wärme abgeben, da die IT-Hardware so viele Daten verarbeitet und dabei so viel arbeitet. Diese Leistung macht Rechenzentren besonders energiehungrig, aber auch fehleranfällig - denn wenn die Anlagen überhitzen, kommt es zu Funktionsstörungen und Leistungseinbußen und manchmal sogar zu einer vollständigen Einstellung des Betriebs.

Weltweit wird eine Vielzahl von Maßnahmen ergriffen, um den Energieverbrauch von Rechenzentren zu senken und damit deren Nachhaltigkeit zu verbessern. Eine der neuesten Innovationen in diesem Bereich ist die Tauchkühlung für Rechenzentren. Hier erklärt das Procurri-Team, was das ist, wie sie funktioniert und welche Vorteile sie bietet.

Was ist Eintauchkühlung... und ist sie mit der Eintauchheizung vergleichbar?

Viele von uns sind mit dem Prinzip der Tauchheizung vertraut, bei der ein Heizelement direkt in eine Flüssigkeit oder ein Material getaucht wird, um es durch den Kontakt mit dieser Flüssigkeit direkt zu erwärmen. Die Tauchkühlung ist das umgekehrte Prinzip. Bei der Tauchkühlung wird die Hardware des Rechenzentrums in eine Kühlflüssigkeit getaucht, um die Wärme abzuführen, die sie im normalen Betrieb abgibt.

Die Tauchheizung ist zwar weit verbreitet und weit verbreitet, gilt aber als relativ teuer. Die Tauchkühlung wird eigentlich nur in großen Rechenzentren eingesetzt und ist als solche keine gängige Anwendung.

Wie funktioniert die Eintauchkühlung, ohne die Elektronik zu stören?

Natürlich können elektronische Geräte nicht einfach in irgendeine Kühlflüssigkeit gelegt werden, da sie dann rosten und in der Regel nicht mehr funktionieren. Stattdessen wird bei der Eintauchkühlung eine dielektrische Flüssigkeit verwendet. Dielektrische Flüssigkeiten sind wärmeleitend (sie leiten also die Temperatur), aber nicht elektrisch leitend (sie leiten also keinen elektrischen Strom). Das bedeutet, dass solche Flüssigkeiten zwar zur Wärmeableitung verwendet werden können, aber die Funktion der elektrischen Komponenten darin nicht beeinträchtigen.

Zu den dielektrischen Flüssigkeiten gehören synthetische Fluorkohlenwasserstoffe, Silikonflüssigkeiten und Mineralölkohlenwasserstoffe. Diese Flüssigkeiten sind in verschiedenen Zuständen erhältlich und können entweder flüssig bleiben oder zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Zustand wechseln. Beide haben ihre Berechtigung, und je nach der zu kühlenden Hardware kann ein ein- oder zweiphasiges System am besten geeignet sein.

Sind Eintauchkühlung und Flüssigkeitskühlung das Gleiche?

Obwohl sie sehr ähnlich klingen und oft miteinander verwechselt werden, sind Tauchkühlung und Flüssigkeitskühlung nicht dasselbe Verfahren.

Die Flüssigkeitskühlung in einem Rechenzentrum bezieht sich auf eine Vielzahl von Kühltechniken, darunter Verdunstungskühlung, Kühlung von Rechenzentren auf Wasserbasis, DTC-Kühlung (Direct-to-Chip) und Kühlung von Serverschränken durch die Hintertür. Die Eintauchkühlung ist einfach eine andere Art der Kühlung mit Flüssigkeiten.

Im Allgemeinen wird bei der Flüssigkeitskühlung ein Kühlmittel in einer zirkulierenden Bewegung zur Kühlung verwendet; in der Regel durch Rohre und Blöcke neben der Hardware, wobei nur ein direkter Kontakt zwischen den Rohren und den Anlagen besteht. Wenn Sie ein Server-Rack-Kühlsystem sehen (die am häufigsten verwendete Art der Flüssigkeitskühlung), werden Sie feststellen, dass die Wasserblöcke und Schläuche zwar miteinander vernetzt sind, aber keine Flüssigkeit das System tatsächlich berührt. Bei der Tauchkühlung hingegen werden die gesamten Server in einem speziell dafür vorgesehenen Tank in eine nicht leitende Flüssigkeit getaucht.

Der Unterschied zwischen Einphasen-Tauchkühlung und Zwei-Phasen-Tauchkühlung

Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass sich die "Phasen" bei der Tauchkühlung auf Verfahrensschritte beziehen, wobei die zweiphasige Tauchkühlung im Vergleich zur einphasigen einen doppelten Ansatz verfolgt. In Wirklichkeit beziehen sich die Phasen auf die Aggregatzustände der zur Kühlung verwendeten Flüssigkeit. Die Zyklen und die Art der verwendeten Flüssigkeit sind unterschiedlich.

Einphasige Eintauchkühlung

Bei der Einphasen-Tauchkühlung bleibt das verwendete Dielektrikum durchgehend in flüssigem Zustand. Die Wärme der Serverkomponenten, die in die Flüssigkeit eingetaucht sind, wird in die Flüssigkeit übertragen. Während die Flüssigkeit die Wärme leitet und ihre Temperatur ansteigt, wird sie aus dem Tauchbecken herausgeleitet und durch einen Wärmetauscher geleitet. In diesem Wärmetauscher wird die Flüssigkeit wieder abgekühlt, bevor sie mit der nun niedrigeren Temperatur in den Tauchtank zurückgeführt wird, und der Kreislauf setzt sich fort.

Zwei-Phasen-Tauchkühlung

Bei der Zweiphasen-Tauchkühlung wechselt die dielektrische Flüssigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Die Wärme der eingetauchten Serverkomponenten lässt die Temperatur der Flüssigkeit so weit ansteigen, dass sie kocht. Das aus der kochenden Flüssigkeit entstehende Dampfgas steigt nach oben und erwärmt eine Kondensatorspule im oberen Teil der Tauchkammer (die versiegelt bleibt). Die Kondensatorschlange leitet die Flüssigkeit aus der Kammer in ein separates Kühlsystem. Dabei handelt es sich in der Regel um einen Kühlturm, aber es sind auch andere Lösungen möglich. Von hier aus wird das Kühlmittel mit der nun gesenkten Temperatur in die versiegelte Kammer zurückgeführt, und der Kreislauf wird fortgesetzt.

Es sei darauf hingewiesen, dass es zwei wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Phasen der Immersion gibt:

• Der Siedepunkt der verwendeten Tauchflüssigkeiten ist bei Zweiphasen-Tauchkühlsystemen deutlich niedriger als bei Einphasen-Tauchkühlsystemen
• Da die Flüssigkeit bei Zweiphasen-Tauchkühlsystemen in Gas umgewandelt wird, muss die Tauchkammer während des gesamten Kühlprozesses vollständig abgedichtet sein, während dies bei Einphasen-Tauchkühlsystemen nicht erforderlich ist. Dies wird oft als der kritischste Unterschied angesehen, da jegliche Wartung oder Reparaturen an der Hardware einen Kühl- und Entsiegelungsprozess nach sich ziehen, der in der Regel extrem kostspielig ist (Unternehmen berichten von Fällen, in denen über 5.000 Dollar pro Minute anfallen!)

Die Vorteile des Einsatzes von Eintauchkühlung in Rechenzentren

Für die Kühlung von Rechenzentren gibt es eine Vielzahl von Methoden, aber die Tauchkühlung hat mehr Vorteile als viele andere. Zu diesen Vorteilen gehören:

Niedriger Energieverbrauch

Die PUE (Power Usage Effectiveness) wird in der Regel gemessen, indem der Gesamtenergieverbrauch des gesamten Rechenzentrums durch den Energieverbrauch der darin befindlichen Computergeräte geteilt wird. Die Energieeffizienz kann als umso effektiver angesehen werden, je näher sie an 1 herankommt. Die PUE-Durchschnittswerte variieren weltweit und je nach Größe des Rechenzentrums, aber im Jahr 2022 dürfte der Durchschnitt bei etwa 1,58 liegen. Eine Einphasen-Tauchkühlung kann die PUE auf bis zu 1,05 senken.

Platzersparnis

Obwohl die genauen Konfigurationen von den Hardwareanforderungen abhängen, benötigen immersionsgekühlte Rechenzentrumssysteme deutlich weniger Platz als luftgekühlte Systeme in Rechenzentren. Die Rack-Dichte wird erheblich verbessert, da kein zusätzlicher Luftstrom zwischen Servern oder anderer Hardware erforderlich ist - was bedeutet, dass tauchgekühlte Systeme im Vergleich zu luftgekühlten Systemen ein Drittel des Platzes einnehmen können. Die optimale Platzersparnis kann durch die Einführung von Server-Tauchkühltanks im gesamten Rechenzentrum erreicht werden, anstatt eine Kombination anderer Kühlmethoden zu verwenden.

Erhöhte Rackdichte

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die Eintauchkühlung eine höhere Rackdichte. In einem voll besetzten Rechenzentrum können in einem 42U-Schrank durchschnittlich 5-7 kW an Serverleistung untergebracht werden. Tauchgekühlte Racks können jedoch 380 kW an Serverleistung in einem 42U-Schrank unterbringen.

Kein Bedarf an A/C

Die herkömmlichste Kühlmethode für Rechenzentren war die Infrastruktur mit Doppelböden für den Luftstrom und strategisch platzierten Klimaanlagen. Bei der Immersionskühlung ist keine Klimaanlage mehr erforderlich. Je nach Konfiguration des Rechenzentrums können Klimaanlagen bis zu 40 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachen, was durch den Einsatz der Tauchkühlung sofort entfällt.

Reduzierte Geräuschentwicklung

Die Klimaanlagen, die normalerweise zur Kühlung von Rechenzentren eingesetzt werden, nutzen dazu die Kraft der Ventilatoren und sind dabei traditionell ziemlich laut. Wenn ein Rechenzentrum nicht mehr klimatisiert werden muss, ist auch die Geräuschentwicklung deutlich geringer.

Zukunftssichere Hardware

Die Nachfrage nach Rechenleistung in Rechenzentren steigt ständig, und damit auch die Nachfrage nach mehr Platz, mehr Energie und besseren Investitionen. Da die Tauchkühlung Kosteneinsparungen, geringere physische Auswirkungen und eine leisere, nachhaltigere Leistung bietet, liegt es auf der Hand, dass diese Methode ein effizientes Arbeiten ermöglicht und gleichzeitig Raum für Expansion und Wachstum bietet.

Möchten Sie die Immersionskühlung für Ihr Rechenzentrum untersuchen?

Es gibt eine ganze Reihe von Faktoren, mit denen sich Unternehmen auseinandersetzen müssen, wenn sie die Einführung einer Tauchkühlung in ihren Rechenzentren in Erwägung ziehen. Dazu gehören:

• Die Vorbereitung vorhandener Hardware für die Immersion
• die Ausbildung von Wartungspersonal oder die Einstellung von qualifiziertem Wartungspersonal durch Dritte
• Vereinbarung von Wartungs- und Reparaturprozessen für versenkte Hardware
• Suche und Verwaltung von Anbietern für Tauchbecken und dielektrische Flüssigkeiten.

Procurri arbeitet mit Rechenzentren aller Konfigurationen, Typen und Kühlsysteme, einschließlich derer, die mit Tauchkühlung arbeiten. Unsere externen Wartungsteams arbeiten mit immersionsgekühlten Rechenzentren auf der ganzen Welt, um den Wert der IT-Anlagen bestmöglich zu verlängern. Nehmen Sie noch heute Kontakt auf und besprechen Sie Ihre Optionen mit unseren erfahrenen Technikern!