Green IT
Mit heißem Wasser große Rechner kühlen
Die Kühlung von Computersystemen in Rechenzentren bietet ein großes und bisher weitgehend ungenutztes Potenzial für Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit. Aquasar, ein neuartiger heißwassergekühlter Supercomputer, der von IBM entwickelt wurde, zeigt dies auf.
Computersysteme und Rechenzentren sind wahre Energiefresser: Laut den Marktanalysten von IDC wurden im Jahr 2009 weltweit geschätzte 330 Terawattstunden Energie für den Betrieb von Rechenzentren aufgewendet. Dies entspricht etwa zwei Prozent der weltweiten Stromproduktion. Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sind deshalb zu wichtigen Themen in der Entwicklung von Computern geworden, angefangen vom einzelnen Transistor bis hin zum Rechenzentrum.
Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Kühlung, denn im Durchschnitt entfällt rund die Hälfte des Stromverbrauchs eines Rechenzentrums auf den Betrieb der Kühlinfrastruktur. Der Bedarf nach leistungsfähiger Kühlung ergibt sich aus dem steten Anstieg der Wärmeentwicklung über die letzten Generationen von Mikroprozessoren. Mit fortschreitender Miniaturisierung der Transistoren – gegenwärtig werden Chips der 32-Nanometer-Generation hergestellt – verbrauchen Leckströme mittlerweile mehr Energie als die tatsächlichen Rechenprozesse.
Mit einer Wärmestromdichte von rund 50 Watt pro Quadratzentimeter entwickelt ein Mikroprozessor rund 10-mal mehr Hitze als eine Kochplatte. Für den sicheren Betrieb muss der Prozessor auf eine Temperatur von 85°C gekühlt werden. Luftgekühlte Rechenzentren, wo Tausende von solchen Wärmequellen auf kleinster Fläche operieren, erfordern daher energieintensive Kältemaschinen, die rund 15°C kalte Luft durch vergitterte Bodenplatten in den Raum blasen. Die abgeführte Wärme wird letzten Endes in den meisten Fällen an die Außenluft abgegeben. Dabei hat Wärme einen reellen Wert, wenn sie eine hohe Temperatur hat und effizient transportiert werden kann.
Aus thermodynamischer Sicht ist Kühlen mit Flüssigkeiten bedeutend wirksamer als mit Luft: Die Wärmekapazität von Kühlflüssigkeiten ist um Größenordnungen höher als die von Luft, jene von Wasser etwa rund 4000-mal. Dies erlaubt neue Kühlkonzepte – wie etwa das Kühlen mit heißem Wasser –, die das Potenzial bieten, den Energieverbrauch im Rechenzentrum signifikant zu verringern, und sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht nachhaltig sind.
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