Neben dem Trendthema KI sind es auch hohe Betriebskosten, regulatorische Vorgaben und neue Technologien, die dafür sorgen, dass Rechenzentren sich kontinuierlich verändern und beispielsweise immer leistungsfähiger und energieeffizienter werden. Die wichtigsten Entwicklungen sind nach Einschätzung von Dell Technologies:
Die Leistungsdichte explodiert geradezu
Die Nachfrage nach Rechenleistung und Speicherkapazitäten wächst schnell, doch der Platz in den Rechenzentren ist begrenzt. Deshalb werden immer leistungsfähigere Server und Storage-Systeme installiert – die Performance-Dichte im Rack nimmt deutlich zu. Dazu tragen auch Systeme für KI-Workloads bei, die sich nicht beliebig über mehrere Racks verteilen lassen, weil die Daten mit äußerst geringer Latenz bereitgestellt und verarbeitet werden müssen. Lange Übertragungswege zwischen Storage-Systemen und GPU-Servern oder zwischen mehreren GPU-Servern bremsen die KI aus und sind unerwünscht, sodass möglichst viel Rechenleistung und Speicher in einem Rack untergebracht werden muss.
Ohne Flüssigkeitskühlung geht’s nicht mehr
Leistungsfähigere Systeme produzieren mehr Abwärme – so viel, dass sich diese mit Luft allein nicht mehr abtransportieren lässt. Da insbesondere CPUs und GPUs auch hitzeempfindlicher werden, müssen sie mit Flüssigkeiten gekühlt werden, die eine erheblich höhere Wärmekapazität als Luft haben und über ein System aus Leitungen, Schläuchen, Ventilen und Pumpen in eine sogenannte Cold Plate direkt auf den Chips geleitet werden. Dort können sie die Abwärme optimal aufnehmen. Dieses Direct Liquid Cooling (DLC) verhindert, dass Prozessorkerne wegen Überhitzung heruntertakten oder abschalten, und ist erheblich energieeffizienter als die Kühlung mit Luft. Eine Immersionskühlung, bei der die Systeme vollständig in spezielle, nichtleitende Kühlflüssigkeiten getaucht werden, ist zwar noch einmal effizienter, wird aber auch in den nächsten Jahren die Ausnahme bleiben. Schließlich erfordert sie nicht nur neue Hardware-Architekturen und erschwert den Austausch von Komponenten, sondern stellt zudem hohe baustatische Anforderungen, da die Becken mit den Flüssigkeiten ein extrem hohes Gewicht haben.
Aus 19 werden 21 Zoll
Durch die steigenden Leistungsanforderungen gewinnt das 21-Zoll-Format an Beliebtheit, denn in den größeren Server-Gehäusen lassen sich mehr und leistungsfähigere Komponenten unterbringen – inklusive größerer Kühlkörper und Lüfter für eine effiziente Kühlung. Zudem ist die Verkabelung einfacher, weil die Anschlüsse der meist nach dem Open-Rack-Format des Open Compute Project (OCP) konzipierten Systeme über die Gerätefront erreichbar sind und die Stromversorgung über eine Busbar erfolgt. In diese werden die Server eingeklickt und mit den zentralen Rack-Netzteilen verbunden. Dadurch fallen im Inneren viele Kabel weg, sodass die kühlende Luft die Komponenten besser anströmen kann und sich die Schläuche für die Flüssigkeitskühlung flexibler verlegen lassen. Zudem sind zentrale Netzteile effizienter als solche in jedem einzelnen System, unter anderem weil die Verluste durch Spannungsumwandlungen geringer ausfallen.
Die Energieeffizienz steigt weiter
Rechenzentren werden immer effizienter, auch wenn die Energieeffizienz langsamer steigt als die Leistung. Auf der einen Seite tragen effizientere IT-Systeme dazu bei, mehr Leistung pro Watt zu erzielen, auf der anderen Seite werden die Kühlkonzepte weiter verbessert. Die Rechenzentrumsbetreiber können hier viel Geld sparen, da ein großer Teil der Energiekosten auf die Kühlung entfällt – sie sind aber durch das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) auch dazu verpflichtet, bestimmte Effizienzwerte zu erreichen. Nach der diesjährigen Novellierung des Gesetzes dürfen Bestandsanlagen ab einer Leistung von 500 Kilowattstunden ab Juli 2027 nur noch einen PUE-Wert von 1,6 und ab Juli 2030 von 1,4 aufweisen. Für Neubauten ist das Ziel ein PUE-Wert von 1,2 binnen vier Jahren. Der PUE-Wert, die Power Usage Effectiveness, ist das Verhältnis aus dem gesamten Energiebedarf der Anlage und dem Stromverbrauch der IT-Systeme. Ein niedriger Wert bedeutet, dass ein Großteil der Energie für die Datenverarbeitung eingesetzt wird und nicht für die umliegende Infrastruktur, also vor allem Stromversorgung und Kühlung.
Abwärme wird vom Abfallprodukt zur Energiequelle
Rechenzentren produzieren reichlich Abwärme, die früher einfach an die Umgebung abgegeben wurde. In Zeiten steigender Energiepreise wird die Abwärme jedoch verstärkt genutzt – zumindest zum Beheizen der eigenen Räumlichkeiten und für die eigene Warmwasseraufbereitung. Auch nach externen Abnehmern schauen sich die Betreiber immer häufiger um. Allerdings erschweren alte Fernwärmenetze, die für deutlich höhere Temperaturniveaus ausgelegt sind, den Transport in Wohn- und Gewerbegebiete, sodass zunächst hohe Investitionen notwendig sind. Da mit der Novellierung des EnEfG die Pflicht zur Abwärmenutzung gestrichen wurde, dürfte die Entwicklung in diesem Bereich langsamer voranschreiten als ursprünglich geplant.
Die Stromversorgung wird zum Standortfaktor
Die wachsende Leistung von Rechenzentren führt zu wachsendem Strombedarf. Bei der Planung großer Anlagen ist daher nicht mehr nur eine gute Internetanbindung wichtig, also die Nähe zu wichtigen Internetknoten, sondern auch eine ausreichende Kapazität im Stromnetz. Unter Umständen müssen erst Netze und Umspannwerke erweitert werden, bevor ein neues Rechenzentrum in Betrieb gehen kann. Eine Eigenversorgung über selbst aufgebaute Kraftwerke, wie sie viele Techkonzerne in den USA anstreben, ist hierzulande aufgrund hoher regulatorischer Anforderungen kaum möglich.
KI automatisiert den Rechenzentrumsbetrieb
Im Rechenzentrum wurde schon immer viel automatisiert, um beispielweise neue Systeme schneller einzurichten, Ressourcen schneller bereitzustellen oder umgehend auf Störungen reagieren zu können, ohne dass Maßnahmen manuell eingeleitet werden müssen. Mit KI lässt sich die Automatisierung auf ein ganz neues Level heben – von komplexen Infrastrukturplanungen über automatisierte Fehlerbehebungen und Optimierungen bis hin zu intelligenten Kamerasystemen, die Kabel, Schalter und Status-LEDs überprüfen. Was heute schon möglich ist, hat Dell Technologies unter anderem mit Concept Astro demonstriert: Mithilfe von KI-Agenten und digitalen Zwillingen wird ermittelt, wann und wo welche Workloads am besten ausgeführt werden – basierend auf Informationen zur Ausführungsdauer, dem Energiebedarf, der aktuellen Netzauslastung und den Strompreisen.
„Rechenzentren befinden sich im Wandel, weil die Leistungsanforderungen und Kosten stetig steigen, aber auch weil KI ganz neue Möglichkeiten beim Betrieb der Anlagen und der darin befindlichen IT-Infrastrukturen eröffnet“, erklärt Peter Dümig, Senior Product Manager Server bei Dell Technologies Deutschland. „Unternehmen, die KI einsetzen wollen, dürfen auf jeden Fall nicht nur an die Modernisierung ihrer IT-Systeme denken, sondern müssen auch ihre Kühlkonzepte anpassen, damit diese mit der steigenden Leistung und der daraus resultierenden Wärmeproduktion mithalten können.“
