I. Flüssigkeitskühlung hat sich von „optional“ zu „wesentlich“ verlagert

 

1. Der Anstieg der Nachfrage nach Rechenleistung und optischen Modulen

In der sich schnell entwickelnden Landschaft der künstlichen Intelligenz (KI) hat der Bedarf an Rechenleistung beispiellose Höhen erreicht. Das Aufkommen großer Modelle, wie sie beispielsweise in ChatGPT von OpenAI verwendet werden, hat eine erhebliche Lücke in der erforderlichen Rechenleistung geschaffen. OpenAI berichtet, dass die Wachstumsrate der Modellrechenleistung die Fortschritte bei der KI-Hardware um ein erstaunliches Zehnfaches übertrifft. Da große Modelle Billionen von Parametern umfassen, ist der Bedarf an verbesserter Leistung von KI-Trainingschips von entscheidender Bedeutung geworden, was die Erwartungen an eine schnellere Datenübertragung steigert.

 

Dieses exponentielle Wachstum des Rechenumfangs hat die Interkonnektivität innerhalb von Rechenzentren zu einem zentralen Thema gemacht. Mit fortschreitendem KI-Training werden die Grenzen des Single-Card/Server-Computing deutlich. Die Chip-zu-Chip-Interkonnektivität hat sich als Priorität herausgestellt und erfordert effiziente und schnelle optische Module, um einen schnellen Datenaustausch zu ermöglichen. Daher ist der Einsatz optischer Hochgeschwindigkeitsmodule für die Verbesserung der Vernetzungseffizienz von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn Rechenzentren ihre Rechenleistungsarchitekturen aufrüsten.

 

▲ Optische Module ermöglichen eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung in Rechenzentren

2. Der Wendepunkt für die Flüssigkeitskühlung

Die Flüssigkeitskühlung dürfte parallel zur Entwicklung optischer Module das nächste entscheidende Element der KI-Infrastruktur werden. Da elektronische Produkte immer weiter voranschreiten, wird die Notwendigkeit effizienter Kühlsysteme immer unbestreitbarer. Gerade als sich die Entwicklung optischer Module von einem Luxus zu einer Notwendigkeit entwickelte, folgt auch die Flüssigkeitskühlungstechnologie diesem Beispiel.

 

In der Vergangenheit haben sich Kühllösungen von passiven Methoden wie natürlicher Luftkühlung und Kühlkörpern zu fortschrittlicheren Technologien wie Klimaanlage und schließlich Flüssigkeitskühlung entwickelt. Dieser Übergang spiegelt einen breiteren Trend im Elektroniksektor wider, wo das Wärmemanagement für die Gewährleistung optimaler Leistung und Langlebigkeit von Komponenten von größter Bedeutung ist.

 

3. Warum Flüssigkeitskühlung heute unverzichtbar ist

Pommes frites

Der Einfluss der Umgebungstemperatur auf Halbleiterchips ist entscheidend. Erhöhte Temperaturen können die Leistung und Lebensdauer elektronischer Komponenten erheblich verschlechtern. Umgebungen mit hoher Temperatur führen zu einer Wärmeausdehnung von Materialien wie Kondensatoren und Widerständen, was zu mechanischen Ausfällen führen und den normalen Betrieb beeinträchtigen kann. Berichten von ANJIE zufolge kann die herkömmliche Luftkühlung nur eine Wärmeableitung von bis zu 800 W bewältigen, ein Schwellenwert, der von mehreren NVIDIA-Produkten überschritten wird.

 

Rechenzentren

Luftgekühlte Rechenzentren unterstützen typischerweise eine Dichte von 8-10 kW pro Schrank. Da jedoch die Rechenleistung von KI-Clustern bis 2025 voraussichtlich 20-50 kW pro Schrank erreichen wird, werden die Grenzen der Luftkühlung deutlich deutlich. Die zunehmende Leistungsdichte erfordert effizientere Kühlmethoden und macht die Flüssigkeitskühlung zur überlegenen Alternative.

 

▲ Hochdichtes KI-Rechenzentrum mit Flüssigkeitskühlungstechnologien

 

 

II. Richtlinien zur Flüssigkeitskühlung bringen ein „Stimulans“ in den Markt

 

PUE (Power Usage Effectiveness) dient als zentrale Messgröße zur Bewertung der Energieeffizienz von Rechenzentren. Ein niedrigerer PUE weist auf ein umweltfreundlicheres und effizienteres Rechenzentrum hin, da er das Verhältnis des gesamten Energieverbrauchs einer Einrichtung zu dem ausschließlich durch IT-Lasten verbrauchten Energieverbrauch widerspiegelt. In typischen Rechenzentren sind IT-Geräte für etwa 50 % des Energieverbrauchs verantwortlich, während Kühlsysteme etwa 35 % ausmachen.

 

Flüssigkeitskühlungstechnologien weisen im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung tendenziell deutlich niedrigere PUE-Werte auf. Während die herkömmliche Luftkühlung beispielsweise einen PUE-Wert von etwa 1,3 aufrechterhält, kann dieser mit Flüssigkeitskühlungsmethoden je nach eingesetzter Technologie auf 1,05 bis 1,2 reduziert werden.

 

▲ PUE-Vergleich zwischen Luftkühlungs- und Flüssigkeitskühlungstechnologien

 

 

III. Vertivs strategisches Wachstum durch Flüssigkeitskühlung

 

Vertiv hat mit der Übernahme von CoolTera erhebliche Fortschritte bei der Verbesserung seiner Flüssigkeitskühlungskapazitäten gemacht. Das in Großbritannien ansässige Unternehmen ist auf Flüssigkeitskühlungsinfrastruktur spezialisiert und arbeitet seit mehreren Jahren mit Vertiv an mehreren Rechenzentrums- und Supercomputing-Projekten zusammen. Es wird erwartet, dass diese Übernahme die Position von Vertiv auf dem Wärmemanagementmarkt stärkt und es dem Unternehmen ermöglicht, robustere Lösungen anzubieten, die auf die sich verändernden Anforderungen von Rechenzentren zugeschnitten sind.

 

 

IV. Die zentrale Wertschöpfungskette der Flüssigkeitskühlung

1. Flüssigkeitskühlung verstehen

Unter Flüssigkeitskühlung versteht man Methoden zur Aufrechterhaltung optimaler Betriebstemperaturen für Computersysteme. Durch die Nutzung der hohen spezifischen Wärmekapazität von Flüssigkeiten überträgt diese Technologie die von internen Komponenten erzeugte Wärme effektiv an die Außenumgebung. Flüssigkeitskühlsysteme können in direkte und indirekte Kühltechniken eingeteilt werden. Indirekte Kühlung, wie z. B. Kühlplattensysteme, stellt sicher, dass die Kühlflüssigkeit nicht direkt mit erhitzten Komponenten in Kontakt kommt, während direkte Kühlmethoden die Tauchkühlung umfassen, bei der das Kühlmedium direkt mit erhitzten Komponenten interagiert.

 

2. Ökosystem der Flüssigkeitskühlungsindustrie: Kühlplattensysteme

Die Flüssigkeitskühlungsbranche umfasst verschiedene Komponenten und Systeme, darunter:

• RCM-Einheiten (Kältemittelversorgung und -rückführung):Diese Einheiten verwalten die Verteilung und Sammlung des Kältemittels in Flüssigkeitskühlschränken.
• Kühlverteilungseinheiten (CDUs):CDUs erleichtern die Trennung von Kältemitteln, die in Kühlplattenkomponenten eintreten, vom Kühlwasser auf der Seite der Kältequelle.
• LCMs (Flüssigkeitszirkulationsmodule):Diese Module verwalten den Transport und die Rückführung von Kältemitteln im gesamten Kühlsystem.

 

Die verwendeten Kältemittel können variieren. Zu den Optionen gehören entionisiertes Wasser und Lösungen auf Glykolbasis, die beide zu einer effektiven Wärmeübertragung beitragen.

 

▲ Überblick über das Flüssigkeitskühlungs-Ökosystem in Rechenzentren

 

 

V. Identifizierung begünstigter Unternehmen in der Lieferkette für Flüssigkeitskühlung

1. Begünstigte Unternehmen: Interne Serverkomponenten

Die Lieferkette für Flüssigkeitskühlung kann in drei Hauptkategorien unterteilt werden: interne Serverkomponenten, Flüssigkeitskühlungskonstruktion und Anbieter von Flüssigkeitskühlungsinfrastruktur. Zu den internen Komponenten gehören Kühlplattensysteme und Schnellkupplungen, die für die Leistungssteigerung leistungsstarker KI-Chips von entscheidender Bedeutung sind. Unternehmen wie Huawei und NVIDIA sind wichtige Akteure in diesem Sektor.

 

2. Flüssigkeitskühlungskonstruktion

Der Bereich Flüssigkeitskühlung umfasst Full-Chain-Lösungsanbieter und Serverhersteller. Full-Chain-Anbieter wie Vertiv liefern umfassende Lösungen, liefern jedoch möglicherweise keine Server direkt, was eine Zusammenarbeit mit Chipherstellern erforderlich macht.

 

3. IDC-Konstruktion

IDC-Hersteller sind für den Bau von Rechenzentren und die Entwicklung von Flüssigkeitskühlungslösungen verantwortlich, die auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten sind. Diese Hersteller werden zunehmend Flüssigkeitskühlungstechnologien in ihre Designs integrieren, um die Leistung zu optimieren.

 

4. Infrastrukturanbieter

Infrastrukturanbieter bieten spezifische Flüssigkeitskühlungskomponenten wie CDUs und LCMs an. Da die Nachfrage nach diesen Technologien steigt, wird erwartet, dass sowohl das Volumen als auch die Preise dieser Produkte steigen werden, was die wachsende Bedeutung der Flüssigkeitskühlung bei der Gestaltung von Rechenzentren widerspiegelt.

 

 

Abschluss

 

Der Wechsel von der Luftkühlung zur Flüssigkeitskühlung in KI-Infrastrukturen ist nicht nur ein Trend, sondern eine wesentliche Entwicklung, die durch steigende Computeranforderungen vorangetrieben wird. Angesichts der zunehmenden Verbreitung großer Modelle und der Notwendigkeit eines effizienten Wärmemanagements werden Flüssigkeitskühlungstechnologien in der Zukunft von Rechenzentren eine entscheidende Rolle spielen. Da Unternehmen wie Vertiv ihre Fähigkeiten durch strategische Akquisitionen und Partnerschaften erweitern, steht der Markt für Flüssigkeitskühlung vor einem erheblichen Wachstum. Dieser Übergang wird letztendlich zu effizienteren, nachhaltigeren und leistungsfähigeren Computerumgebungen beitragen.