Wärmemanagement

Die hohe Leistungsdichte moderner KI-Chips hat die Kühlanforderungen in Rechenzentren grundlegend verändert. Trainingsumgebungen für Large Language Models (LLMs) erzeugen über lange Zeiträume hinweg konstant hohe Wärmelasten, während die eigentliche Anwendung (Inferenz) von KI stark schwankende Wärmelasten verursachen kann, die ebenso zuverlässig abgeführt werden müssen. Gleichzeitig wird erwartet, dass der Strombedarf von Rechenzentren in den USA zwischen 2025 und 2027 um rund 50 % steigt. Zusammen ergibt dies ein anspruchsvolles Kühlszenario für die Betreiber und eine erhebliche Belastung der Stromnetze rund um Hyperscale-Rechenzentren.

Vor diesem Hintergrund entwickelt sich die Kühlung zu einer der wichtigsten Stellgrößen, die Betreiber aktiv beeinflussen können. Kühlsysteme verursachen bis zu 40 % des gesamten Energieverbrauchs eines Rechenzentrums. Energie, die stattdessen für KI-Rechenleistung genutzt werden könnte. Eine effiziente Kühlung ist daher untrennbar mit Kapazitätssteigerungen und Wachstum verbunden.

Doch auch wenn sich Systeme in KI- und High-Density-Umgebungen kontinuierlich weiterentwickeln, bleibt die zentrale Anforderung gleich: Wärme- und Energiemanagement müssen leistungsfähiger werden und mit intelligenten Steuerungs- und Regelungssystemen kombiniert werden. Johnson Controls entwickelt die Infrastruktur, mit der Sie KI-Rechenleistung zuverlässig, effizient und im benötigten Tempo skalieren können. Ausgangspunkt ist dabei der Ort, an dem Leistungsgrenzen zuerst spürbar werden: die Server selbst.

Chip to Chiller: effiziente Kühlung im Zeitalter der KI

Angesichts der steigenden Leistungsdichten in KI-Racks müssen Betreiber umdenken, denn klassische Luftkühlung reicht nicht mehr aus. Die Lösung sind flüssigkeitsbasierte Architekturen für eine moderne Direct-to-Chip-Kühlung, bei der die Wärme über Kühlplatten direkt an den GPUs in das Kühlmedium übertragen wird, das wiederum über mehrere Übertragungskomponenten wie die Silent-Aire Kühlmittelverteiler (CDUs) von Johnson Controls bis zu hocheffizienten Kältemaschinen zirkuliert.

Diese Wärmemanagementkette zwischen Chip und Kältemaschine bzw. Außenluft ist heute unverzichtbar, da konventionelle Luftkühlungssysteme die hohe Wärmedichte und die schnellen Wärmelastwechsel moderner KI-Workloads nicht mehr zuverlässig bewältigen können. Mehr dazu erfahren Sie hier.

Effiziente, bedarfsgerechte Kühlung

Um es klar zu sagen: Betreiber stehen nicht vor einer Herausforderung auf Komponentenebene. Das Wärmemanagement als Ganzes, von der ersten bis zur letzten Komponente in der Kette, muss neu gedacht werden. Jede Phase ist zu überwachen und Kennzahlen zur effizienten Strom- und Wassernutzung wie PUE, WUE sowie die Ausfallsicherheit der Infrastruktur müssen ganzheitlich gesteuert werden.

KI-Racks mit hoher Leistungsdichte erzeugen intensive und schnell wechselnde Wärmelasten, die mithilfe einer koordinierten Wärmemanagementkette aufgenommen, abtransportiert und letztlich nach außen abgegeben werden müssen. Diese Kette beginnt am Chip, wo die Silent-Aire CDUs von Johnson Controls die Kühlmittelversorgung der Kühlplatten regeln. In Kombination mit einer YORK® YVAM Kältemaschine lassen sich neben der Wärmeaufnahme auch die Phasen der Wärmeübertragung und Wärmeabgabe effizient steuern. Betreiber können auf diese Weise PUE-Werte nahe 1,2 erreichen oder, je nach klimatischen Bedingungen, sogar unterschreiten.

Die Silent-Aire Kühlmittelverteiler sind in Leistungsgrößen von etwa 500 kW bis über 10 MW erhältlich und in In-Row-, Perimeter- und Hybrid-Topologien einsetzbar. Zudem lassen sie sich nahtlos mit YORK Kältemaschinen und optimierten Regelungssystemen integrieren, sodass Betreiber bei der Architektur die Flexibilität erhalten, die sie für messbare Verbesserungen entlang der gesamten Wärmemanagementkette brauchen.

Der richtige Technologiepartner für Ihr Rechenzentrum

Für Branchenanalysten ist die Sache klar: Sie zählen Johnson Controls zu den weltweit führenden Anbietern von Wärmemanagement-Lösungen für Rechenzentren. Ein verdientes Lob dafür, dass wir technische Entwicklungen frühzeitig vorantreiben und Lösungen bereitstellen, die Energie bei der Kühlung einsparen, damit sie für wertschöpfende Rechenleistung genutzt werden kann.

Die Erfahrung von Johnson Controls basiert auf einer langjährigen Zusammenarbeit mit Betreibern von Hyperscale-Rechenzentren. Gemeinsam haben wir Lösungen für reale Kühlanforderungen entwickelt, die durch steigende Rack-Leistungsdichten, strengere Energiegrenzen und dynamisch wechselnde Workloads entstehen. Diese enge Zusammenarbeit prägt unsere Entwicklungsarbeit: von der Vorbereitung auf zukünftige Wärmelasten über die Auslegung der Flüssigkeitskreisläufe auf höhere Temperaturen bis hin zur Unterstützung von Resilienzstrategien, die für geschäftskritische KI-Infrastrukturen erforderlich sind.

Mit zunehmender Intensität von KI-Workloads haben die Betreiber einen Wettbewerbsvorteil, die mehr Tokens pro Watt bereitstellen können. Wir helfen Ihnen, genau das zu erreichen und setzen dort an, wo ein effizientes Wärmemanagement den größten Unterschied macht: an Ihren Servern.

FAQs

Warum stellen immer mehr Betreiber von Luftkühlung auf Flüssigkeitskühlung um?

Die von modernen GPUs erzeugte Wärme übersteigt zunehmend die Leistungsfähigkeit klassischer Luftkühlungssysteme. Flüssigkeitskühlung führt das Kühlmedium direkt an den Chip und ermöglicht dadurch eine stabile Wärmeaufnahme, selbst bei dauerhaft hohen Trainingslasten oder kurzfristigen Lastspitzen durch Inferenzprozesse.

Was bedeutet „Chip to Chiller“?

Der Begriff beschreibt ein ganzheitliches Wärmemanagement über die gesamte Kühlkette hinweg: von der Wärmeaufnahme direkt am Chip über CDUs und Kühlkreisläufe im Rechenzentrum bis zur endgültigen Wärmeabgabe über die Kältemaschine. Alle Komponenten werden dabei als integriertes Gesamtsystem betrachtet und nicht als voneinander getrennte Einzellösungen. Die so erreichte hohe Effizienz ermöglicht ebenfalls einen sparsamen Umgang mit der wertvollen Ressource Wasser und reduziert den Strombedarf.

Wie unterstützen Silent-Aire Kühlmittelverteiler KI-Workloads mit hoher Leistungsdichte?

Silent-Aire Kühlmittelverteiler, kurz CDUs, regeln den Kühlmittelfluss direkt am Chip, gleichen schwankende Wärmelasten aus und bieten Flexibilität für In-Row-, Perimeter- und Hybrid-Konfigurationen. Dadurch schaffen sie die Voraussetzungen für höhere Leistungsdichten, schnellere Implementierungen, eine höhere Verfügbarkeit und eine effizientere Nutzung der verfügbaren Energie für IT-Systeme.