Was sind Rack-Level-Kühlkreisläufe?

Kühlschleifen auf Rack-Ebene sind eine Wärmemanagementlösung, die für die Wärmeabfuhr direkt auf der Ebene des Server-Racks in einem Rechenzentrum entwickelt wurde. Diese Systeme wurden entwickelt, um die Wärme, die durch High-Performance-Computing (HPC), KI und dichte Serverimplementierungen entsteht, effizient abzuführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen raumbasierten Kühlmethoden, die die Temperatur im gesamten Rechenzentrum regulieren, konzentriert sich die Kühlung auf Rack-Ebene darauf, die Wärme an der Quelle, d. h. innerhalb oder in unmittelbarer Nähe des Server-Racks, abzuleiten.

Diese Systeme beinhalten in der Regel Flüssigkeitskühlungstechnologien, wie z. B. Rücktür-Wärmetauscher (RDHx), Direct-to-Chip-Kühlung oder Rack-Kühleinheiten, die Kühlmittel durch ein geschlossenes Kreislaufsystem zirkulieren lassen. Durch die Lokalisierung der Wärmeabfuhr tragen Kühlkreisläufe auf Rack-Ebene dazu bei, optimale Betriebstemperaturen für Server aufrechtzuerhalten und die Gesamtenergieeffizienz zu verbessern, was sie zu einer bevorzugten Lösung für moderne Computerumgebungen mit hoher Dichte macht.

Wie werden Rack-Level-Kühlschleifen verwendet?

Kühlschleifen auf Rack-Ebene werden in modernen Rechenzentren eingesetzt, in denen die herkömmliche Luftkühlung aufgrund der erhöhten thermischen Belastung durch moderne Arbeitslasten nicht mehr ausreicht. Diese Systeme sind besonders effektiv in Umgebungen mit hoher Rack-Leistungsdichte, wie z. B. bei KI , HPC-Clustern und Edge-Implementierungen auf Unternehmensebene.

Ein gängiger Anwendungsfall ist die Integration von Rücktür-Wärmetauschern (Rear Door Heat Exchangers, RDHx), die an der Rückseite von Server-Racks angebracht werden und mit Hilfe von gekühlter Flüssigkeit die Wärme aus der Abluft aufnehmen, bevor sie wieder in die Datenhalle gelangt. Ein weiterer Ansatz ist die direkte Flüssigkeitskühlung auf dem Chip, bei der das Kühlmittel über Kühlplatten zugeführt wird, die direkt auf den CPUs, GPUs oder anderen wärmeerzeugenden Komponenten angebracht sind. Diese Konfigurationen arbeiten innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs und sind oft mit einer Verteilereinheit (CDU) verbunden, die die Temperatur und den Durchfluss der Flüssigkeit regelt.

Indem sie die Wärme gezielt auf die Rack-Ebene lenken, reduzieren diese Systeme die Belastung zentraler Klimaanlagen, verringern das Risiko thermischer Hotspots und ermöglichen höhere Leistungsdichten im Rack, die für die Skalierung fortschrittlicher Workloads ohne Beeinträchtigung der Leistung oder Betriebszeit entscheidend sind.

Vorteile von Rack-Level-Kühlkreisläufen

Kühlkreisläufe auf Rack-Ebene bieten einen gezielten und effizienten Ansatz für das Wärmemanagement und helfen Rechenzentren, den wachsenden Anforderungen des High-Density-Computings gerecht zu werden. Durch die Konzentration auf die Wärmeabfuhr auf Rack-Ebene ermöglichen diese Systeme eine bessere Ressourcennutzung, einen geringeren Energieverbrauch und skalierbarere Infrastrukturkonzepte.

Energie- und Wärmewirkungsgrad

Durch die Verwendung von flüssigkeitsbasierten Kühlmethoden bieten Rack-Level-Loops im Vergleich zu herkömmlichen luftbasierten Systemen eine bessere Wärmeübertragung. Dies verbessert die Gesamtkühlleistung und senkt gleichzeitig den Energiebedarf für die Aufrechterhaltung stabiler Temperaturen erheblich. Rechenzentren profitieren von einer verbesserten Stromverbrauchseffizienz (PUE) und geringeren Betriebskosten.

Höhere Rack-Leistungsdichte

Kühlschleifen auf Rack-Ebene ermöglichen eine effektivere Wärmeableitung an der Quelle und unterstützen so den Einsatz von Hochleistungsservern bei kompakter Stellfläche. Dies ermöglicht Unternehmen die Ausführung anspruchsvoller Workloads wie KI, HPC und Echtzeitanalysen ohne die Einschränkungen, die durch herkömmliche Kühlmethoden entstehen.

Skalierbarkeit und Modularität

Diese Systeme sind für eine modulare Integration ausgelegt, so dass Rechenzentren die Kühlkapazität schrittweise erweitern können, wenn die Rechenanforderungen steigen. Kühlschleifen können zu einzelnen Racks hinzugefügt werden, ohne dass Änderungen an der allgemeinen Infrastruktur der Einrichtung erforderlich sind. Dies unterstützt die schrittweise Bereitstellung und minimiert Ausfallzeiten.

Erhöhte Systemzuverlässigkeit

Eine stabile, örtlich begrenzte Kühlung verringert das Risiko von Überhitzung, thermischer Drosselung oder Hardwaredegradation. Durch die Aufrechterhaltung optimaler Komponententemperaturen tragen die Kühlschleifen auf Rack-Ebene zu einer höheren Betriebszeit und langfristigen Systemzuverlässigkeit bei, insbesondere bei unternehmenskritischen Anwendungen.

Überlegungen bei der Installation von Kühlkreisläufen auf Rack-Ebene

Beim Einsatz von Kühlkreisläufen auf Rack-Ebene ist eine der wichtigsten Überlegungen die Integration in die bestehende Infrastruktur. Die Einrichtungen müssen prüfen, ob die aktuellen Kühlverteilungssysteme die zusätzliche Wärmelast und die Anforderungen an die Flüssigkeitsführung unterstützen können. Der Platz innerhalb und um das Rack herum muss auch zusätzliche Komponenten aufnehmen können, z. B. Wärmetauscher an der Rückseite oder Kühlplattenverteiler, ohne den Luftstrom, das Kabelmanagement oder die Zugänglichkeit zu beeinträchtigen.

Ebenso wichtig ist die betriebliche Planung. Rechenzentrumsteams müssen die richtige Qualität der Kühlmittel, das Management der Durchflussmenge und die Redundanzplanung sicherstellen, um Ausfallzeiten im Falle eines Fehlers zu vermeiden. Es sollten Überwachungs- und Kontrollsysteme vorhanden sein, um Temperatur, Druck und Flüssigkeitsstände in Echtzeit zu verfolgen. Darüber hinaus sind Überlegungen zur Wartungsfreundlichkeit, wie z. B. einfache Wartung und Schnellverschlusskupplungen, entscheidend für die Minimierung von Unterbrechungen bei Aufrüstungen oder Reparaturen.

Flüssige Kühlmittelarten und Management

Die Art des Kühlmittels, das in Kühlkreisläufen auf Rack-Ebene verwendet wird, spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit des Systems. Zu den üblicherweise verwendeten Kühlmitteln gehören Wasser, Wasser-Glykol-Gemische und dielektrische Flüssigkeiten. Wasser- und Wasser-Glykol-Lösungen werden aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und niedrigen Kosten häufig eingesetzt, erfordern jedoch eine strenge Kontrolle von Korrosion, Algenwachstum und Gefrierpunkt. Dielektrische Flüssigkeiten, die nicht leitend und im Falle von Leckagen sicherer sind, werden häufig in Direct-to-Chip- oder Immersionskühlsystemen verwendet, obwohl sie teurer sein können und eine spezielle Handhabung erfordern.

Zu einem effektiven Kühlmittelmanagement gehört die regelmäßige Überwachung von Flüssigkeitsqualität, Temperatur und Durchflussmengen. Die Anlagen müssen auch Filterung, Entionisierung und regelmäßigen Austausch vorsehen, um eine Verschlechterung oder Verunreinigung zu verhindern, die die thermische Effizienz beeinträchtigen könnte. Leckerkennungssysteme, Druckentlastungsmechanismen und klar definierte Wartungsprotokolle sind für die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit unerlässlich. Eine angemessene Schulung des technischen Personals in Bezug auf die Handhabung von Flüssigkeiten und die Systemwartung gewährleistet eine langfristige Leistung und minimiert das Risiko.

FAQs

1. Erzeugen Rack-Level-Kühlsysteme weniger Lärm als herkömmliche Kühlsysteme?
   Ja, Rack-Level-Kühlsysteme reduzieren oft den Geräuschpegel im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung. Durch die Minimierung des Bedarfs an Hochgeschwindigkeitslüftern und großen Klimageräten für Computerräume (CRAC) tragen diese Systeme zu einer leiseren Rechenzentrumsumgebung bei.
2. Kann die Kühlung auf Rack-Ebene die Wärmeübertragung von Flüssigkeit zu Flüssigkeit oder von Flüssigkeit zu Luft unterstützen?
   Ja, Systeme auf Rack-Ebene können sowohl für den Wärmeaustausch von Flüssigkeit zu Flüssigkeit als auch von Flüssigkeit zu Luft ausgelegt werden. Wärmetauscher an der Rückseite der Tür verwenden beispielsweise häufig einen Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetausch, während Direkt-Chip-Systeme in der Regel einen Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Wärmetausch über eine Kühlverteilungseinheit verwenden.
3. Welche Arten von Workloads profitieren am meisten von einer Kühlung auf Rack-Ebene?
   Workloads mit hoher Leistungsdichte und anhaltendem Rechenbedarf, wie KI , Echtzeit-Datenanalyse und wissenschaftliche Simulationen, profitieren am meisten. Diese Anwendungen erzeugen eine erhebliche Wärme, die die Möglichkeiten einer herkömmlichen Luftkühlung übersteigt.