Hindernisse beim Aufbau eines flüssigkeitsgekühlten KI-Rechenzentrums (AIDC)

Der deutsche Branchenverband Bitkom und nationale Studien stellen fest, dass die derzeit installierte Server-Dichte und Stromkapazität in Deutschland zwar wachsen, aber hinter den Werten bekannter Hyperscaler zurückbleiben – was sich negativ auf die Entwicklungsfähigkeit, Souveränität und Compliance deutscher Rechenzentren auswirkt und einen Druck zur Modernisierung vor Ort erzeugt.

Die Lösung bieten KI-basierende IT-Systeme. Sie benötigen jedoch mehr Energie und Kühlung, sind an Nachhaltigkeitsziele gebunden und unterliegen finanziellen Einschränkungen. Vor diesem Hintergrund bietet die Flüssigkeitskühlung KI-basierter Rechenzentren offensichtliche Vorteile, da sie eine überlegene Wärmeableitung und eine bessere Energieeffizienz ermöglicht. Die Bereitstellung dieser flüssigkeitsgekühlten sogenannten AIDCs (AI Data Centers) ist jedoch alles andere als Plug-and-Play.

Kaytus, Anbieter von KI-basierten und flüssigkeitsgekühlten End-to-End IT-Infrastrukturlösungen, hat die fünf häufigsten Hürden bei diesem Bereitstellungs-Prozess untersucht. Der Aufbau eines flüssigkeitsgekühlten KI-Rechenzentrums ist ein groß angelegtes, hochgradig systematisiertes Projekt. Denn sowohl aus technischer als auch aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht müssen Anwender verstehen, wie solche Einrichtungen aufgebaut werden, die tatsächlichen Leistungsergebnisse vorausplanen und die laufenden Support-Services verwalten.

Zu den größten Herausforderungen beim Aufbau ganzheitlicher flüssigkeitsgekühlter KI-Rechenzentren gehören folgende Punkte:

Herausforderungen beim Design – Der Bereich der Flüssigkeitskühlung in Rechenzentren umfasst die Architektur des Rechenzentrums sowie Komponenten, Schnittstellen, Infrastruktur und Überwachung der Flüssigkeitskühlung. Die Konzeption erfordert eine interdisziplinäre Koordination und sorgfältige Berücksichtigung von Faktoren wie der Abstimmung von Durchflussrate und -widerstand des Flüssigkeitskühlsystems, der Integration einer Flüssigkeitskühlung mit Luftkühlungsunterstützung, der Stromversorgung und anderen Modulen sowie der ganzheitlichen Verwaltung aller IT-Geräte im Rechenzentrum.

Weitere Herausforderungen sind die Gestaltung der für Sicherheit und Zuverlässigkeit zuständigen Schleifennetzwerke sowie die effektive Fehlerisolierung, was den Prozess sehr anspruchsvoll macht. Darüber hinaus erfordern neuartige Flüssigkeitskühlsysteme eine konstante Stromversorgung von bis zu 190 kW, was eine 200-prozentige Erhöhung der Belastbarkeit des Stromverteilungssystems erforderlich macht. Der gesamte Server- oder Schaltschrank wiegt 3.000 Kilogramm, was zudem eine verbesserte Tragfähigkeit der Konstruktion des Rechenzentrums erfordert.

All dies bringt die Stromversorgung und das Wärmemanagement ultrahochdichter Konfigurationen an ihre Grenzen. Den ausführenden Infrastruktur-Dienstleistern fehlt es oft an Erfahrung mit der Konstruktion solcher Anlagen, sodass die betroffenen Anwender zunehmend unsicher sind, wie sie deren Bereitstellung effektiv planen sollen.

Komplexe Bereitstellung – Die Bereitstellung erfordert die Koordination mehrerer Dienstleister und die Verwaltung paralleler Baumaßnahmen. Der Branche fehlt es jedoch an Erfahrung mit der Implementierung neuer AIDC-Lösungen, inklusive AI Factory Anwendungen, während traditionelle Rechenzentrumsdesigner ebenfalls nicht über die entsprechenden Fähigkeiten verfügen und sich für die professionelle Bereitstellung auf Systemanbieter verlassen.

Derzeit verlangen Kunden zunehmend eine schnelle Umsetzung von AIDC-Bauvorhaben. Allerdings ist die Bereitstellung flüssigkeitsgekühlter Rechenzentren mit erheblicher Komplexität verbunden, und der traditionelle Bauansatz erfordert in der Regel ein bis drei Jahre bis zur Fertigstellung, wodurch Kunden Betriebsverzögerungen und Wettbewerbsnachteile drohen, wenn die Projekte in Betrieb genommen werden. Ohne einen klaren, ganzheitlichen Plan kommt es häufig zu Verzögerungen bei den Projekten, und die Qualität der Bereitstellungsumgebung entspricht möglicherweise nicht den Anforderungen.

Beispielsweise werden die Primär- und Sekundär-Kühlkreisläufe des Rechenzentrums eines Kunden oft von verschiedenen Anbietern geliefert, und eine mangelnde Koordination zwischen den beiden Parteien kann sich negativ auf den gesamten Projektzeitplan auswirken. Ein Problem, auf das Kaytus zuvor gestoßen ist, ist, dass der Anbieter des Primärkreislaufs die erforderlichen Reinheitsstandards für Kühlmittel nicht erfüllt, wodurch die Kühlverteilungseinheit (CDU) auf der sekundären Seite nicht angeschlossen werden kann.

Dies führt zu Verzögerungen bei der Bereitstellung auf der sekundären Seite und damit zu einer Verzögerung des gesamten Projekts. Daher ist es wichtig, dass die Nutzer das Projekt während der Bereitstellungsphase aus einer ganzheitlichen Perspektive betrachten.

Mangelnde Kompetenz bei der Optimierung – Die Optimierung flüssigkeitsgekühlter Systeme erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit, die etwa HVAC-, Flüssigkeitskühlungs-, Elektro- und IT-Systeme umfasst. Anwender benötigen Partner mit umfassender technischer Kompetenz und Erfahrung in diesen Bereichen. Gleichzeitig ist es wichtig, dass die Leistung von flüssigkeitsgekühlten KI-Rechenzentren den Erwartungen der Anwender entspricht. Um dies sicherzustellen, bedarf es professioneller Leistungstests und Optimierungsdienste, die nicht nur die Bewertung der Hardware-Machbarkeit, die Überprüfung der System- und Softwarekompatibilität sowie eine Leistungsvalidierung, sondern auch die Zuverlässigkeitsbewertung und End-to-End-Netzwerk- und Leistungsstresstests von einzelnen Knoten bis hin zu ganzen Schranksystemen sowie die Optimierung von Systembenchmarks umfassen. Das Weglassen auch nur einer Komponente kann zu einer ineffizienten Nutzung der Systemressourcen führen.

Kompetenzlücken und Betriebsrisiken – Flüssigkeitskühlsysteme erfordern ein sorgfältiges Management der Kühlmittelsteuerung, der Leckage-Vermeidung und der Fehlerdiagnose. Zu den Ausfallrisiken zählen die potenzielle Korrosion von elektronischen Bauteilen, die mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen, die Auswirkungen des Kühlmittels auf die Funktionalität und Lebensdauer der Bauteile sowie andere Leckage-Gefahren, die zu ungeplanten Ausfallzeiten führen können. Darüber hinaus müssen Anwender häufig ihre Fähigkeiten im Bereich des Rechenzentrumsmanagements verbessern, um den Betrieb und die Wartung von Flüssigkeitskühlsystemen effektiv zu unterstützen.

Dazu müssen sie die Durchflussrate, die Temperatur, den Druck und andere wichtige Parameter überwachen, um eine effiziente Verteilung des Kühlmittelflusses sicherzustellen sowie eine rechtzeitige Frühwarnung und Diagnose von Systemanomalien zu ermöglichen und potenzielle Verluste zu minimieren. Allerdings berichten Anwender von einem Mangel an Personal mit Erfahrung in den Bereichen Infrastruktur mit hoher Dichte, Flüssigkeitskühlsysteme und integrierte Wärme-/Leistungssteuerung. Laut aktuellen Umfragen der Rechenzentrums-Standardisierungsorganisation Uptime Institute, gaben rund 94 Prozent der Befragten an, dass Probleme wie Ausfallsicherheit, Wartung und Kühlmittelleckagen die größten Hindernisse beim Einsatz von Flüssigkeitskühlung sind.

Finanzieller Druck und vorhandene Unternehmensziele – Flüssigkeitsgekühlte AIDCs können höhere Anschaffungskosten verursachen. Für deutsche CFOs muss der Business Case über die technischen Vorteile hinausgehen und auch die Kapitalrendite, Zukunftsfähigkeit und verbesserte Nachhaltigkeit (ESG-Kennzahlen) berücksichtigen. Der Bericht „Germany Green Data Center Market“ nennt „ESG-Verpflichtungen von Unternehmen“ als wichtigen Markttreiber. Der deutsche Markt für grüne Rechenzentren wird voraussichtlich von 2.880,94 Millionen US-Dollar im Jahr 2024 auf 12.022,28 Millionen US-Dollar im Jahr 2032 wachsen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 19,55 Prozent zwischen 2025 und 2032. Angesichts der Anfangsinvestitionen und des geplanten langfristigen Betriebs verschiedener IT-Techniken ist es für Unternehmen wichtig, sich Gedanken darüber zu machen, wie sie den ROI von flüssigkeitsgekühlten AIDC umfassend bewerten können.

Hindernisse überwinden

Der Bau eines flüssigkeitsgekühlten, KI-fähigen Rechenzentrums ist nicht nur eine technische, sondern auch eine konstruktionelle Herausforderung. Um eine vollständige Flüssigkeitskühlung für AIDCs zu implementieren, müssen Unternehmen entweder die Technologie intern beherrschen, indem sie Ressourcen koordinieren und wichtige Systeme (Elektrik, IT, Flüssigkeitskühlung, HLK) verstehen, oder externe Hilfe in Anspruch nehmen und einen professionellen Anbieter mit umfassenden Kompetenzen im Bereich Flüssigkeitskühlung finden.

„Die Unternehmenstransformation erfordert nicht nur technisches Fachwissen, sondern auch Weitblick. Unternehmen, die frühzeitig in die Bewältigung dieser Herausforderungen investieren, werden sich einen entscheidenden Vorsprung im Wettlauf um die KI-Nutzung verschaffen“, erklärt Clark Li, Country Manager der DACH-Region bei Kaytus.

„Angesichts der Herausforderungen und Komplexitäten, die mit flüssigkeitsgekühlten KI-Rechenzentren verbunden sind, wird Unternehmen empfohlen, einen One-Stop-Service-Anbieter für ganzheitliche flüssigkeitsgekühlte AIDC-Lösungen in Betracht zu ziehen. Dieser Ansatz ermöglicht es Unternehmen, sich auf ihr KI-Geschäft zu konzentrieren und gleichzeitig die Innovationsbereitschaft für die Zukunft sicherzustellen. Kaytus bietet seinen Kunden eine professionelle 4D-Komplettlösung für flüssigkeitsgekühlte KI-Rechenzentren mit den Bereichen Design, Entwicklung, Bereitstellung und dynamischer Service. Mit Kompetenzen wie BIM (Building Information Modelling) -Design, einem Komplettportfolio unter einer einzigen Marke, umfangreicher Erfahrung in der groß angelegten Implementierung von AIDCs und maßgeschneiderten Dienstleistungen von Experten, ermöglicht KAYTUS seinen Kunden eine intelligente Transformation bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten für Fehlversuche (Trial-and-Error-Prozesse).“