Effizienz steigern, Bauraum reduzieren
Smarte Flüssigkeitskühlung dank 3D-Druck
Dass sich der Energiebedarf für die Serverkühlung in Rechenzentren massiv senken lässt, zeigt das Projekt »3D Smart Fluid Cooling«, das RK Kutting und IQ Evolution vorantreiben. Im Fokus steht eine Wasserkühlung mit besonders flachen, mittels 3D-Druck gefertigten Kühlkörpern.
Langsam, aber sicher führt der Weg der Serverkühlung in Rechenzentren weg von der Luftkühlung hin zur effizienteren Fluidkühlung. Die Gründe sind bekannt: Steigende Energiekosten, Reduzierung des CO2-Footprints, zunehmende Leistungsdichte und ein insgesamt höherer Kühlbedarf. Wasser hat nicht nur einen deutlich besseren Wärmetransport als Luft, sondern lässt sich auch gezielt an die Hotspots bringen. Die effiziente Fluidkühlung ermöglicht es, leistungsstärkere Serverkomponenten bis hin zu höhere Prozessortaktungen zu realisieren. Da Rechenzentren mittlerweile mit circa 1 bis 1,5 Prozent für einen beachtlichen Teil des weltweiten Energieverbrauchs und CO2-Ausstoßes verantwortlich sind, ist eine effizientere Kühlung künftig unumgänglich!
3D Smart Fluid Cooling
Die Technologie »3D Smart Fluid Cooling« bringt den Metall-3D-Druck des Unternehmens IQ Evolution in Verbindung mit dem bewährten und für das Projekt weiter entwickelten Produktportfolio von RK Kutting.
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3D Smart Fluid Cooling
Der 3D-Druck erlaubt die Herstellung von sehr flachen Kühlkörpern – bis zu 0,8 mm dünn – und ermöglicht gleichzeitig eine hoch individualisierbare Ausführung der Kühler. Die angepasste Verbindungstechnik sowie der Einsatz von formbaren Schläuchen ermöglicht anwendungsspezifische und dem Bauraum angepasste Kühlsysteme. Das Gesamtkonzept ist flexibel anpassbar, von kleinen Stückzahlen bis hin zur Großserie.
Sicherer Medientransport
RK Kutting beschäftigt sich schon seit Längerem mit der Fluidkühlung sicherheitsrelevanter elektronischer Komponenten – im Hochvoltbereich, in der Medizintechnik sowie in der Anlagentechnik zur Herstellung von Mikro-Chips. Im Fokus stehen dabei individuell angepasste Lösungsansätze.
Im aktuellen Projekt mit IQ Evolution werden die unerschiedlichen Kühlungstechnologien abgebildet und Möglichkeiten für den sicheren und verlustfreien Medientransport bei einfacher Wartungsmöglichkeit entwickelt. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die gesamte Medienführung den unterschiedlichen Anforderungen gerecht wird, von Wasser über Kühlmischungen – und alles bei verschiedenen Temperaturen.
Die Verteilersysteme können bauraumbedingt kein Standard werden. Hier werden individuelle Lösungen mit an die Serverschränke angepasste Geometrien benötigt. Die Verbindungstechnik spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, da sie absolut sicher und wartungsfrei sein muss. Für eine dauerhafte Durchflusskontrolle und –Steuerung bieten sich integrierte Monitoringsysteme an.
Versuchsdurchführung
Eine experimentelle Untersuchung der Kühl-Performance dieser Kühltechnologie hat das unabhängige Institut »ZFW-Zentrum für Wärmemanagement« von Prof. Griesinger aus Stuttgart durchgeführt. Dazu wurden zwei Server, jeweils 2 HE und 1 HE, mit High Performance CPUs (AMD Ryzen-Threadripper-PRO-Prozessor) ausgestattet und auf »3D Smart Fluid Chip Cooling« umgebaut. Diese auf HP (High Performance) modifizierten Server wurden als Modell in einem speziell für diese Kühltechnologie angepassten Server-Rack montiert und im »High-Performance-Computing(HPC)«-Betrieb getestet.
Mit den Versuchen wollte man untersuchen, ob es gelingen kann, mit gezieltem Einsatz innovativer Fluid-Kühl-Technologien die Server-Performance und somit Rechnerleistung massiv zu steigern, gleichzeitig hohe Betriebssicherheit und Wartungsflexibilität zu gewährleisten, Energiekosten und Kühlwasserverbrauch stark zu senken und somit den CO2-Footprint drastisch zu reduzieren.
Ergebnis: Höhere Effizienz, deutlich weniger Bauraum
Die Ergebnisse zeigen: Der HPC-Chip kann mit verschiedenen Vorlauftemperaturen konstant auf Temperatur gehalten werden. Während bei der Luftkühlung der HPC-Betrieb nur in 2-HE-Racks möglich ist, lässt sich der Bauraum bei der Fluidkühlung deutlich reduzieren. Durch die direkte Wasserkühlung kann der HPC-Chip erstmalig in einem 1-HE-Rack betrieben werden, was einer Bauraumreduzierung von 50 Prozent entspricht.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist es den Unternehmen gelungen, einen High-Performance-1HE-Server, ausgestattet mit einer Hochleistungs-CPU, selbst unter dauerhafter Volllast mit 280-W-CPU-Verlustleistung stabil und sicher mit der Fluidkühlung zu betreiben, sogar bis 60°C Medientemperatur. Dass dies gelingen konnte, ist dem patentierten, extrem flachen 3D-Kühlköper von IQ Evolution geschuldet.
Mittels selektivem Lasersintern können individuelle und dem Bauraum angepasste 3D-Kühlkörper mit geringer Bauhöhe und frei positionierbaren Anschlüssen hergestellt werden. Durch den Einsatz von vorgeformten und an den Bauraum im Rack angepassten Schläuche kann somit auf sehr engen Bauraum eine sichere Medienführung erreicht werden.
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