CPU Cooling.

Noch näher, bis unmittelbar an die Wärmequellen, wird bei der CPU Kühlung das Kühlwasser herangeführt. Die Abwärme der Prozessoren fließt durch wasser-durchströmte Kühlkörper direkt in den Wasserkreislauf. Die gleichmäßige Verteilung des Kühlwassers auf alle eingebauten Server wir durch zwei vertikale Verteilerrohre sichergestellt, die nach der Tichelmann-Schaltung durchströmt werden. Unabhängig von der Einbauhöhe eines Servers können so die Strömungswiderstände und damit die Durchflussmengen immer gleich gehalten werden. Pro Höheneinheit kann ein Server an die Wasserverteilung angeschlossen werden, die Verbindung erfolgt über hochwertige, sehr flexible Kunststoffrohre. Werden diese, am besten zusammen mit der Verkabelung, entsprechend geführt, kann auch ein wassergekühlter Server im Betrieb aus dem Serverschrank herausgezogen werden. Da die Kunst-stoffrohre am Vertikalverteiler schnell und sicher gelöst werden können, sind Ein und Ausbau von Servern genauso unproblematisch wie bei reiner Luftkühlung. Die Einbindung in das gebäudeseitige Kühlwassernetz erfolgt aus dem Doppelboden oder von der Decke direkt an die beiden vertikalen Verteilerrohre im Schrank. Im Gegensatz zum wassergekühlten Server-Rack muss zur Kühlung kein Kaltwasser zur Verfügung stehen. Da an

den CPUs Gehäusetemperaturen bei knapp 70°C zulässig sind, genügt es, wenn Kühlwasser mit einer Temperatur um 50°C zur Verfügung steht. Diese Temperatur liegt hoch genug, um selbst in heißen Sommern mit Umgebungsluft rückkühlen zu können. Es wird also keine Kältemaschine (Chiller) im Kühlwassernetz benötigt! Die Folge sind enorme Einsparungen in der Gebäudeinfrastruktur, sowohl bei den Investitions- als auch bei den Betriebskosten. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die anfallende Abwärme aktiv zu nutzen, etwa zur Gebäudebeheizung über Flächenheizungen oder Bauteilaktivierung. Die erschließt weitere ganz beträchtliche Einsparpotenziale. Allerdings können mit diesem System nicht alle Wärmequellen auf den Server-Boards gekühlt werden. Neben den CPUs befinden sich dort viele kleinere Wärmequellen – z. B. Netzteile, Laufwerke, Speicherkarten, Grafikkarten ... – die nicht alle an die Wasserkühlung angeschlossen werden können. Etwa 50% der Abwärme muss weiterhin konventionell aus den Servern bzw. den Schränken entfernt werden. Dies geschieht sinnvollerweise weiterhin konventionell per Luftkühlung. Die Wärmelast für die Klimaanlage liegt dabei etwa bei der Hälfte verglichen mit reiner Luftkühlung, entsprechend kleiner können die Klimaanlage und die RLT Einrichtungen im Rechenzentrum ausgeführt werden.

Auch in diesem Fall werden die Grenzen der Leistungsfähigkeit einer konventionellen Raumklimatisierung schnell erreicht. Werden mehr als 6 kW Wärme in einem Serverschrank freigesetzt, sind also mehr als 3 kW davon per Luft abzuführen, muss die Installationsdichte der Server pro Rack gegenüber dem geometrisch Möglichen reduziert werden. Abhilfe ist dann auch hier wieder durch die zusätzliche Wasserkühlung des Schranks, also die Kombination der beiden beschriebenen Konzepte möglich. Eine TCO-Studie hat gezeigt, dass diese Kombination unter Kostengesichtspunkten möglicherweise sogar die Ideallösung darstellt. Das primäre Ziel dieser Lösung besteht darin, Hochleistungs-CPUs auch auf kleinstem Bauraum kühlbar zu machen. Die direkte Wasserkühlung von Prozessoren erlaubt, auch 150 W und mehr je CPU in Pizzabox oder Blade-Servern sicher zu beherrschen. Test bis 200 W auf 10 cm 2 Fläche haben die Leistungsfähigkeit dieser Technologie bereits bewiesen. Letztlich geht es auch hier darum, eine möglichst hohe Dichte der Rechnerleistung je Gebäudefläche zu erreichen. Ein weiteres, bislang kaum diskutiertes Potenzial dieser Lösung besteht darin, Prozessoren auf sehr niedrige Temperaturen zu kühlen um so mit höheren Taktfrequenzen fahren zu können. Dafür sind spezielle Vorkehrungen nötig, um eine Unterschreitung des Taupunkts und Kondensatbildung auf den Boards zu verhindern. Wassergekühlte Server können nur in Zusammenarbeit mit einem Serverhersteller entwickelt und zum Einsatz gebracht werden. Zwar sind die erforderlichen Modifikationen nur gering, die hohen Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit schließen aber Nachrüstlösungen weitgehend aus. Da

bislang noch keine standardisierten Schnittstellen zwischen wassergekühlten Servern und Schränken existieren, ist die volle Kompatibilität bisher nur zwischen den Produkten eines Herstellers gewährleistet. Sollte in einem Gebäude kein Kühlwasser zur Verfügung stehen, können wassergekühlte Server auch lokal an einer 19’’ Rückkühleinheit betrieben werden. Daneben können in einem Rack für CPU-Kühlung beliebige andere konventionell gekühlte Komponenten betrieben werden. Es bestehen keinerlei Einschränkungen bezüglich Verkabelung, Ein- und Ausbau von Komponenten. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die zuverlässige und leckageschere Ausführung des Flüssigkeitssystems in den Servern und im Schrank. Durch die große Anzahl von Servern bzw., Prozessoren kommen viele Komponenten mit ebenso vielen Verbindungsstellen zum Einsatz. Beherrschen lässt sich das nur durch die ausschließliche Verwendung robuster, getesteter und bewährter Komponenten aus prozesssicherer industrieller Produktion. Daneben werden alle Anforderungen an Redundanz sowie Überwachung erfüllt. Ein weiteres wesentliches Sicherheitsmerkmal ist die HTU, eine Komponente, die im Schrank oder Doppelboden eingebaut, die gesamte Kühlwasserversorgung und Überwachung einer Schrankreihe übernimmt. Sie enthält neben einer redundanten Pumpengruppe, verschiedenen Ventilen, Sensoren und einer elektronischen Steuerung eine kontrollierte Schnittstelle zum Gebäudesystem. Wahlweise besteht diese aus einem groß dimensionierten Wärmetauscher oder zwei Magnetventilen, um so bei potenziellen Störfällen unabhängig vom Netz zu sein.