Das explosive Wachstum der künstlichen Intelligenz (KI), insbesondere großer Sprachmodelle und komplexer neuronaler Netze, hat die Leistungsdichte der Server auf ein noch nie dagewesenes Niveau getrieben. stößt an seine physikalischen Grenzen, wenn es sich um KI-Racks handelt, die 50 kW, 100 kW oder sogar mehr verbrauchen. Da KI-Server die Grenzen der Rechenleistung immer weiter verschieben und dabei enorme Mengen an Wärme erzeugen,Flüssigkeitskühlunghat sich als die Lösung der Wahl für die Aufrechterhaltung optimaler Leistung und Zuverlässigkeit herausgestellt.
So funktioniert die Flüssigkeitskühlung
Flüssigkeitskühlsysteme für KI-Server arbeiten nach dem Prinzip der Wärmeübertragung. Ein flüssiges Kühlmittel, das eine hohe Wärmekapazität aufweist, wird durch Kanäle oder Kühlplatten in unmittelbarer Nähe der wärmeerzeugenden Komponenten zirkuliert. Das Kühlmittel nimmt die Wärme von den Bauteilen auf und gibt sie dann an einen Wärmetauscher ab, wo die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Es gibt zwei Haupttypen von Flüssigkeitskühlsystemen: direkte und indirekte.
Direkte Flüssigkeitskühlung
Bei der direkten Flüssigkeitskühlung kommt das Kühlmittel in direkten Kontakt mit den wärmeerzeugenden Komponenten. Eine der gebräuchlichsten Formen der direkten Flüssigkeitskühlung ist die Tauchkühlung. Bei dieser Methode werden der gesamte KI-Server oder bestimmte Komponenten in ein nicht leitendes Kühlmittel getaucht. Das Kühlmittel absorbiert die Wärme, wenn es in direkten Kontakt mit den heißen Oberflächen kommt, und dann wird das erhitzte Kühlmittel aus dem Gehäuse zu einem Wärmetauscher zur Kühlung zirkuliert. Eine weitere Form der direkten Flüssigkeitskühlung ist die Sprühkühlung, bei der das Kühlmittel direkt auf die wärmeerzeugenden Komponenten gesprüht wird. Dies sorgt für eine hocheffiziente Kühlmethode, da die Flüssigkeit die Wärme direkt von der Quelle aufnimmt.
Indirekte Flüssigkeitskühlung
Bei der indirekten Flüssigkeitskühlung kommt eine Kühlplatte zum Einsatz. Eine Kühlplatte ist eine Metallplatte mit Kanälen, durch die das Kühlmittel fließen kann. Die Kühlplatte wird direkt auf das wärmeerzeugende Bauteil, wie z. B. eine CPU oder GPU, montiert. Durch Konduktion wird Wärme vom Bauteil auf die Kühlplatte übertragen, und dann nimmt das durch die Kühlplatte strömende Kühlmittel die Wärme auf und führt sie ab. Das Kühlmittel strömt dann durch einen Wärmetauscher, wo die Wärme abgeführt wird und das abgekühlte Kühlmittel wieder auf die Kühlplatte zurückgeführt wird.

Schlüsselkomponenten von Flüssigkeitskühlsystemen
Kühlflüssigkeit
Die Wahl des Kühlmittels ist entscheidend für eineFlüssigkeitskühlsystem. Wasser ist aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und seiner hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaften ein häufig verwendetes Kühlmittel. Oft wird es jedoch mit Additiven gemischt, um Korrosion zu verhindern und das Wachstum von Bakterien zu hemmen. Bei der direkten Flüssigkeitskühlung, insbesondere der Tauchkühlung, werden nichtleitende Kühlmittel wie fluorierte Flüssigkeiten oder Mineralöle eingesetzt, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden.
Pumps
Pumpen sind dafür verantwortlich, das Kühlmittel durch das System zu zirkulieren. Sie müssen zuverlässig sein und in der Lage sein, eine konstante Durchflussrate zu liefern, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten. Kreiselpumpen und Zahnradpumpen werden häufig in Flüssigkeitskühlsystemen für KI-Server eingesetzt.
Wärmetauscher
Wärmetauscher sind der Ort, an dem die Wärme des Kühlmittels an die Umgebung abgegeben wird. Häufig werden Luft-Flüssig-Wärmetauscher verwendet, bei denen das heiße Kühlmittel durch eine Reihe von Lamellen strömt und Luft über die Lamellen geblasen wird, um die Wärme abzuführen. In einigen Fällen werden Wasser-zu-Flüssig-Wärmetauscher eingesetzt, insbesondere in Rechenzentren, in denen eine bestehende Kaltwasserinfrastruktur vorhanden ist.
Kühlplatten
Kühlplattensind eine Schlüsselkomponente in indirekten Flüssigkeitskühlsystemen. Sie sind so konzipiert, dass sie die Kontaktfläche mit dem wärmeerzeugenden Bauteil maximieren und eine effiziente Wärmeübertragung gewährleisten. Kühlplatten werden in der Regel aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium hergestellt.
Die Zukunft ist flüssig (und hybrid)

Da die Komplexität der KI-Modelle und die Leistung der Hardware unaufhaltsam weiter steigen, wird die Flüssigkeitskühlung von einer Option zu einer Notwendigkeit für effiziente und nachhaltige KI-Rechenzentren. Wir werden eine breitere Akzeptanz sowohl von D2C- als auch von Immersionslösungen sehen, die auf bestimmte Workloads und Dichten zugeschnitten sind. Hybride Ansätze, die eine Flüssigkeitskühlung auf Rack-/Reihenebene mit einer optimierten Luftbehandlung für den Raum kombinieren, werden ebenfalls üblich sein. Innovationen in der Fluidchemie, dem Design von Wärmetauschern und der Integration mit erneuerbaren Energiequellen werden die Effizienz weiter steigern.

Schlussfolgerung
Flüssigkeitskühlungist der entscheidende Faktor für die nächste Generation des KI-Computings. Durch die Überwindung der thermischen Einschränkungen der Luft können Rechenzentren die leistungsstärkste KI-Hardware effizient, nachhaltig und zuverlässig einsetzen. Während die Implementierung eine sorgfältige Planung und Investition erfordert, machen die Vorteile in Bezug auf Leistung, Energieeinsparungen und Dichte die Flüssigkeitskühlung zum klaren Weg in die Zukunft, um die KI-Revolution voranzutreiben. Die Wahl der richtigen Lösung (D2C vs. Immersion) hängt von den spezifischen Leistungsdichtezielen, den Anlageneinschränkungen und den TCO-Zielen ab.