ThermoKey hat vor kurzem an zwei wichtigen Veranstaltungen in der Welt der Rechenzentren teilgenommen: der Messe Data Centre World in London und der Data Center Nation in Mailand. Diese Gelegenheiten haben unsere internationale Präsenz gestärkt und uns die Möglichkeit gegeben, unser Know-how mit den neuesten Entwicklungen auf dem Markt zu teilen und zu bereichern.
Die Diskussionen und Interaktionen auf diesen Messen verdeutlichten eine sich schnell verändernde Landschaft: Die exponentielle Zunahme der durch das Internet der Dinge erzeugten Daten, die immer stärkere Verbreitung von Cloud Computing, die wachsenden Anforderungen von Branchen wie künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen sowie strenge Datenschutzbestimmungen rücken Rechenzentren weltweit in den Mittelpunkt von Digitalisierungs- und Konnektivitätsstrategien.
Eine der dringendsten Herausforderungen ist die energetische Nachhaltigkeit dieser Infrastrukturen. Kühlsysteme, die für die Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen in Rechenzentren unerlässlich sind, verbrauchen enorme Mengen an Energie. Angesichts dieses Szenarios sind Innovationen bei Kühlsystemen von entscheidender Bedeutung, um die Umweltbelastung zu verringern und die Energieeffizienz zu verbessern.
ThermoKey ist bestrebt, diesen Wandel durch die Entwicklung fortschrittlicher Technologien voranzutreiben, die den Marktanforderungen mit innovativen und nachhaltigen Lösungen gerecht werden. Im Folgenden gehen wir auf die wichtigsten Themen ein, die sich auf den Messen herauskristallisiert haben, und stellen einige unserer Initiativen vor, mit denen wir diese Themen angehen.
Die wichtigsten Themen, die auf den Ausstellungen angesprochen wurden
1. DER STEIGENDE ENERGIEBEDARF VON RECHENZENTREN
Der Energiebedarf von Rechenzentren steigt weltweit aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Cloud Computing, künstlicher Intelligenz (KI) und datengesteuerten Anwendungen. Die für die Kühlung benötigte Energie kann einen erheblichen Teil (etwa 40 %) des Gesamtenergieverbrauchs eines Rechenzentrums ausmachen.
Nachdem im Jahr 2022 weltweit schätzungsweise 460 Terawattstunden (TWh) verbraucht wurden, könnte der Gesamtstromverbrauch von Rechenzentren im Jahr 2026 mehr als 1.000 TWh erreichen.
Auch in Italien wird der Energieverbrauch von Rechenzentren zunehmen, wie der in den letzten drei Jahren verzeichnete Trend bestätigt: Allein 2023 stieg dieser Wert um 23 %.
2. NEUE EUROPÄISCHE VORSCHRIFTEN ALS LEITFADEN FÜR DIE AUSWAHL VON KLIMAANLAGEN
Die neuesten europäischen Vorschriften für Rechenzentren legen spezifische Energieverbrauchsziele und Berichtspflichten fest, um die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern. Die EU-Energieeffizienzrichtlinie (EED) zielt darauf ab, den Energieverbrauch und die Kohlendioxidemissionen in Europa bis 2030 um 11,7 % zu senken, was im Einklang mit dem Ziel des EU Green Deal steht, die Kohlendioxidemissionen bis zu diesem Zeitpunkt um 55 % zu reduzieren. Von Rechenzentren wird erwartet, dass sie effizienter werden, und der erste Schritt ist die obligatorische Berichterstattung über den Energieverbrauch und die Emissionen von Rechenzentren mit einer Leistung von mehr als 500 kW. Ab dem 15. Mai 2024 müssen die Eigentümer und Betreiber von Rechenzentren in der EU jährlich die Energieleistung ihrer Rechenzentren für das vorangegangene Jahr in eine europäische Datenbank eingeben, einschließlich der Grundfläche, der installierten Leistung, des Datenvolumens, des Energieverbrauchs, des PUE-Wertes, der Temperatursollwerte, der Abwärmenutzung, des Wasserverbrauchs und des Einsatzes erneuerbarer Energien.
Insbesondere die PUE (Power Usage Effectiveness) ist eine Kennzahl zur Messung der Energieeffizienz eines Rechenzentrums. Sie wird als Verhältnis zwischen der Gesamtenergie der Einrichtung und der in einem Rechenzentrum verbrauchten Energie der IT-Geräte berechnet, wobei ein niedrigerer PUE-Wert auf eine höhere Effizienz hinweist. Verschiedenen Studien zufolge liegt der durchschnittliche PUE-Wert eines Rechenzentrums derzeit bei etwa 1,5, aber die europäische Gesetzgebung hat verfügt, dass der PUE-Wert eines Rechenzentrums bald nicht mehr als 1,2 betragen darf.
3. DIE AUSWIRKUNGEN VON KÜHLSYSTEMEN AUF DIE EFFIZIENZ VON RECHENZENTREN
Rechenzentren sind für massive Kohlenstoffemissionen, den Wasserverbrauch für Kühlsysteme und einen hohen Stromverbrauch verantwortlich. Das Kühlsystem trägt wesentlich zum Energieverbrauch von Rechenzentren bei und macht durchschnittlich 40 % des Stromverbrauchs in modernen Rechenzentren aus.
Um diesen Problemen zu begegnen, werden in Rechenzentren verschiedene Kühlmethoden und -systeme eingesetzt. Die herkömmliche Luftkühlung ist eine zuverlässige Methode, kann aber hohe Energiemengen verbrauchen, insbesondere in wärmeren Klimazonen.
Die Flüssigkeitskühlung wird aufgrund ihrer hohen Effizienz und ihrer geringeren CO2-Bilanz immer beliebter.
Verdunstungskühlung und freie Kühlung verringern die Abhängigkeit von mechanischen Kühlsystemen und reduzieren so den Energieverbrauch.
Die drei wichtigsten Kühltypen für Rechenzentren:
Konventionelle
PUE = ~ 1.5
Luftgekühlt
Hierbei handelt es sich um eine herkömmliche Kühlmethode, bei der Luft zur Kühlung der Rechenzentrumsausrüstung verwendet wird. Sie kann weiter in raumbasierte und reihenbasierte Konfigurationen unterteilt werden. Bei raumbasierten Lösungen wird der gesamte Raum gekühlt, während bei reihenbasierten Lösungen der Schwerpunkt auf der Kühlung bestimmter Reihen von Geräten liegt.
Vorteile:
- einfach und wirtschaftlich in der Herstellung und Wartung
- sehr flexibel
Komplexität:
- Geringere Dichte, geringere Leistungseffizienz
- Funktioniert nicht mit temperiertem Wasser
Flexibilität und Effizienz
PUE = ~ 1.2
Wärmetauscher auf Untergestell
Bei dieser Methode werden die Wärmetauscher direkt auf dem Untergestell angebracht. Dies ermöglicht eine präzisere Kühlung und kann den Gesamtenergieverbrauch des Kühlsystems senken.
Vorteile:
- Optimierte PUE (Stromverbrauchseffektivität)
Komplexität:
- Teurer als Luftkühlung
- Einige Unterkonstruktionen, erfordern oft die Integration in ein Luftkühlungssystem
Leistung und Effizienz
PUE ≤ 1.1
Direkt wassergekühlt (DLC)
Bei dieser Methode wird Wasser zur direkten Kühlung der Rechenzentrumsausrüstung verwendet. Dies kann über eine Tauchkühlung oder eine direkte Kühlung auf dem Chip erfolgen. Die direkte Wasserkühlung kann im Vergleich zur Luftkühlung eine höhere Kühleffizienz und einen geringeren Energieverbrauch bieten.
Vorteile:
- Hohe Leistungseffizienz
- Höchste Dichte
- Arbeit mit temperiertem Wasser
Komplexität:
- Sehr teuer in der Realisierung und Wartung
- Unflexibel
- Nicht mit allen gängigen Systemen kompatibel
Bisher war die DLC (Direct Water Cooled) auf HPC (High-Performance Computing) beschränkt, aber die neuen Vorschriften für Rechenzentren werden zu einem verstärkten Einsatz dieser Kühltechnologie führen. Man schätzt, dass bis 2030 50 % aller Server flüssigkeitsgekühlt sein werden, die meisten davon mit Eintauchsystemen, aber es ist wahrscheinlich, dass fast alle Lösungen als hybrid angesehen werden können, da sie immer noch einen luftgekühlten Teil haben werden.
4. RÜCKGEWINNUNG DER ABWÄRME VON KÜHLSYSTEMEN IN RECHENZENTREN
Eine der wichtigsten negativen Auswirkungen von Kühlsystemen ist die Abwärme. Diese Wärme wird an die Umwelt abgegeben und wirkt sich daher negativ auf den PUE-Wert der gesamten Rechenzentrumsinfrastruktur aus.
Es gibt jedoch Realitäten, die aus der Abwärme eine Ressource gemacht haben, wie z. B. das italienische Unternehmen A2A, dem es in Mailand gelungen ist, die von den Servern des Rechenzentrums Avalon 3 erzeugte Wärme wiederzuverwenden und in ein nahe gelegenes Fernwärmenetz zu leiten, das zur Beheizung von
Gebäude in der Umgebung. Dieser innovative Ansatz reduziert nicht nur die Umweltauswirkungen des Rechenzentrums, sondern stellt auch eine wertvolle Ressource für die lokale Gemeinschaft dar. Dank der Wärmerückgewinnung über Fernwärme vermeidet das Rechenzentrum den Energieverbrauch von Kältemaschinen, wodurch der PUE-Wert gesenkt und die Nachhaltigkeit des Rechenzentrums weiter verbessert wird.
In einigen Ländern, wie z. B. in Deutschland, wird die Wiederverwendung von Abwärme durch die neuen Vorschriften bald zur Pflicht, weshalb der Einsatz von Technologien wie unserem Multi System Dual Flow unverzichtbar sein wird.
Bei ThermoKey haben wir eine Technologie patentiert, die zwei Kreisläufe in Mikrokanalkernen (MCHX) verwendet, in denen ein zusätzliches Kühlmittel dazu beitragen kann, die Temperatur der einströmenden Luft zu senken und einen Teil der sonst an die Atmosphäre abgegebenen Wärme zurückzugewinnen. Durch die Einführung von Wasser in die geschlossenen Rohrleitungen wird im Vergleich zu herkömmlichen adiabatischen Systemen kein Wasser verbraucht, so dass das System keine Probleme hinsichtlich kritischer hygienischer Bedingungen aufweist. Aus den durchgeführten Tests geht hervor, dass das Multi System Dual Flow die Kapazität um mehr als 50 % erhöht, wodurch die erforderlichen Einheiten oder die Größe des Wärmetauschers um 32 % reduziert werden können.
5. VERWALTUNG DES TEILBETRIEBS VON RECHENZENTREN
Rechenzentren werden auf ihre Leistung bei Volllast (100 %) getestet, aber in der Praxis arbeiten sie in der Regel nicht alle gleichzeitig, da ihre Nutzung von der Nachfrage nach den von ihnen angebotenen Diensten abhängt. Laut einer Umfrage zum Cloud Computing liegt die Serverauslastung in den meisten Fällen zwischen 20 und 40 % (und fast nie über 70 %), was darauf hindeutet, dass viele Server nicht mit ihrer maximalen Kapazität genutzt werden.
Diese Unterauslastung kann zu erheblichen Ineffizienzen und Kostensteigerungen führen. Daher ist es wichtig, die Effizienz des Systems auch bei Teillast zu bewerten und zu verwalten. ThermoKey hat vor kurzem eine neue Lösung vorgestellt, den modularen Trockenkühler, der es dank seines Designs ermöglicht, die Module, aus denen er besteht, je nach Bedarf zu- oder abzuschalten. Jedes Modul verfügt über 4 Kerne und 2 Lüfter und liefert 200 kW. Die Flexibilität des modularen Systems ermöglicht es Ihnen auch, die Leistung im Laufe der Zeit zu erhöhen, wenn der Bedarf steigt.
