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Eines der verrücktesten Dinge in der Branche ist, dass wir Nachrichten sehen und Analysten immer noch die Vorteile der 2-Phasen-Tauchkühlung hervorheben. Es gibt ein Problem. Große Hyperscaler wie Microsoft und Meta haben die Forschung zur Zweiphasen-Immersionskühlung aus einem einfachen Grund effektiv gestoppt: Es wurde festgestellt, dass die verwendeten Flüssigkeiten so giftige Nebenwirkungen haben, dass Unternehmen wie 3M die Produktion der Chemikalien im Jahr 2025 einstellen werden. Ein großer Grund Das liegt zum Teil einfach daran, dass die Unternehmen, die die Immersionskühlflüssigkeiten herstellen, mit zahlreichen Klagen in Milliardenhöhe konfrontiert sind.

Die Immersionskühlung basiert auf einem ziemlich einfachen Konzept. IT-Geräte (für unsere Zwecke in der Regel Server) werden in einen Tank mit nicht leitender Flüssigkeit gestellt. Da Flüssigkeiten Wärme im Allgemeinen besser leiten als Luft, besteht die Idee der Immersionskühlung darin, die Wärme von heißen Komponenten wie CPUs, GPUs, KI-Beschleunigern usw. auf die im Tank zirkulierende Flüssigkeit zu übertragen. Anschließend wird der Flüssigkeit die Wärme entzogen, um den Betrieb der Server kühl zu halten. Das Tolle an der Immersionskühlung im Vergleich zu Kühlplatten, wie man sie bei AIO-Flüssigkeitskühlern für Endverbraucher hat, ist, dass die Immersionskühlung die Wärme von allen Serverkomponenten abführt, sodass keine Lüfter erforderlich sind.

Eine effizientere Wärmeableitung bedeutet einen geringeren Gesamtstromverbrauch. In modernen Servern, die wir testen, können Lüfter etwa 15–20 % des Gesamtstromverbrauchs des Systems verbrauchen. Auch Lüfter stellen eine potenzielle Fehlerquelle dar, und Unternehmen wie Alibaba haben herausgefunden, dass Komponenten zuverlässiger sind, wenn sie unter Wasser liegen und keiner Luft ausgesetzt sind.

Beim Thema Tauchkühlung gibt es grundsätzlich zwei Ansätze. Das erste ist die einphasige Kühlung. Bei der einphasigen Kühlung wird die Flüssigkeit in einem Tank im Allgemeinen mithilfe von Pumpen zwischen dem Tank mit Servern und einem Wärmetauscher umgewälzt. Es gibt eine Reihe von Ausführungen, aber normalerweise erfolgt dieser Wärmeaustausch mit Anlagenwasser. Der Schlüssel zur einphasigen Kühlung liegt darin, dass die Flüssigkeit so konzipiert ist, dass sie flüssig bleibt. Das ist die einzige Phase im Namen.

Die zweiphasige Tauchkühlung ist in vielerlei Hinsicht ähnlich, es gibt jedoch einen großen Unterschied. Die beiden Phasen sind sowohl flüssig als auch gasförmig. Wenn die Server die Flüssigkeit erhitzen, erwärmt sie nicht nur die Flüssigkeit. Stattdessen kocht die Flüssigkeit und wird gasförmig. Dadurch kann die Flüssigkeit ohne Pumpe zirkulieren, was ein großer Vorteil ist. Anschließend wird das Gas über einen Kondensator abgekühlt und wieder verflüssigt. Normalerweise müssen Zweiphasen-Tauchtanks im Betrieb abgedichtet werden, um den Dampf einzudämmen. Dabei ist eine Erhöhung der Zuverlässigkeit wichtig, denn bei der Wartung der Geräte muss man auf die Abkühlung warten, die Versiegelung aufbrechen, sobald der Dampf wieder flüssig geworden ist, und dann den Tank öffnen. Die Industrie konzentrierte sich auf diese Methode nicht nur bei Tanks.

Wir haben auch einzelne Supercomputer-Knoten mit zweiphasiger Immersionskühlung gesehen. Manchmal, wie im folgenden Sugon-Supercomputer, wurde dies einfach als „Phasenwechsel“ bezeichnet und bezog sich auf Phasenänderungen von Flüssigkeit zu Gas (und von Gas zu Flüssigkeit). Dieser Ansatz ermöglicht die Wartung einzelner Knoten, ohne dass ein ganzes Rack heruntergefahren werden muss. Das war von SC19, aber selbst dann durften wir keine näheren Fotos machen.

Die Zweiphasen-Tauchkühlung erwies sich als vielversprechend, da sie im Allgemeinen Teile mit höherer TDP unterstützen konnte. Die Herausforderung besteht darin, dass viele der verwendeten Flüssigkeiten inzwischen abgekündigt werden.

PFAS steht für Per- und Polyfluoralkylsubstanz. Diese werden oft als „ewige Chemikalien“ bezeichnet, da sie dazu neigen, nicht auf natürliche Weise abgebaut zu werden. PFAS können auch Krebs und andere negative Auswirkungen auf das Leben verursachen. Eine der größten Flüssigkeiten, die in der Zweiphasen-Tauchkühlung, aber auch in der Halbleiterfertigung eingesetzt wird, war 3M Novec.

Diese Stoffklasse stand im Mittelpunkt der Werksschließung von 3M in Belgien und der Bemühungen Belgiens um ein PFAS-Verbot in der EU. Auch die US-Umweltschutzbehörde EPA hat sich für diese Chemikalien interessiert. Diese Chemikalien wurden so genau untersucht, dass 3M eine PFAS-Miniseite eingerichtet hat, um die Leute davon zu überzeugen, dass sie nicht alle schlecht sind. Wenn Unternehmen Mini-Sites erstellen, die darauf abzielen, zu sagen, dass etwas nicht so schlimm ist, gehen wir normalerweise davon aus, dass dies wahrscheinlich der Fall ist.

Anfang Juni 2023 kündigte 3M an, kurz vor einer Einigung mit US-amerikanischen Städten über 10 Milliarden US-Dollar wegen der Verschmutzung durch PFAS zu stehen, und es laufen noch weitere Klagen gegen diese Klasse von Chemikalien. Es wurden über 4.000 Klagen wegen PFAS eingereicht, und dieser Vergleich bezieht sich auf eine konsolidierte Reihe von Fällen. Erst diese Woche verzögerte sich der Prozess, da die Einigung kurz bevorstand.

Unternehmen wie Meta, Microsoft, Google und andere haben ESG-Ziele und haben sich mit Immersionskühlung beschäftigt, um den PUE von Rechenzentren zu senken und diese Ziele zu erreichen. Leider ist die Verwendung solcher „für immer chemischen“ Substanzen mit diesen Zielen kaum vereinbar. Dennoch gibt es in der Branche immer noch viele Referenzen zur Zweiphasen-Tauchkühlung. Beispielsweise wird auf der Seite „Data Center Power and Cooling Solutions“ von Dell trotz des ESG-Fokus des Unternehmens immer noch die zweiphasige Immersionskühlung als Option aufgeführt. Wir haben den Eindruck, dass Dell dies immer noch als Gesprächsstoff anführt. Dies ist nur eines von vielen Beispielen dafür, dass die Branche sich nur langsam auf den neuesten Stand bringt. Möglicherweise werden in Zukunft neue Flüssigkeiten für den Einsatz in der Zweiphasen-Tauchkühlung entwickelt und getestet.

Vielen wird aufgefallen sein, dass wir letztes Jahr aufgehört haben, die Zweiphasen-Tauchkühlung abzudecken, da die US-Umweltbehörde EPA und Belgien begonnen haben, sich stärker für PFAS zu interessieren. Hoffentlich findet die Branche eine Lösung, aber das ist bei Phasenwechselansätzen im Allgemeinen eine Herausforderung. Mit dem Phasenübergang zu Gas ist das Öffnen von Tanks für Wartungszwecke eine größere Herausforderung. Dieses Gas kann je nach verwendeter Flüssigkeit auch giftig sein, was die Zweiphasen-Tauchkühlung für den Betrieb von Rechenzentren zu einer erheblichen Herausforderung macht.

Im Moment sieht es so aus, als ob wir uns in einer Welt mit einphasiger oder direkter Chip-Flüssigkeitskühlung befinden, da die großen US-amerikanischen Hyperscaler diese Projekte einschränken und die Produktion der primären Flüssigkeit irgendwann in den nächsten 18 bis 19 Monaten eingestellt wird . Wenn Projekte mit neuen, sichereren Flüssigkeiten an Fahrt gewinnen, werden wir die STH-Projekte erneut abdecken.