Leitfaden für Kühlverteilereinheiten: Wie CDUs in Rechenzentren funktionieren

Was eine Kühlverteilereinheit tatsächlich leistet

Jedes flüssigkeitsgekühlte Server-Rack benötigt zwei Wasserkreisläufe, die sich niemals vermischen. Der Anlagenkreislauf transportiert Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch von einer Kälteanlage, einem Trockenkühler oder einem Kühlturm zur Rackreihe. Der Technologiekreislauf, manchmal auch Sekundärkreislauf genannt, zirkuliert eine viel sauberere und streng kontrollierte Flüssigkeit direkt durch Kühlplatten, die auf CPUs, GPUs und Speicher montiert sind. Die Zwischen diesen beiden Kreisläufen befindet sich die Kühlverteilungseinheit und führt vier Aufgaben gleichzeitig aus.

Erstens tauscht es über einen Plattenwärmetauscher Wärme vom Sekundärkreislauf in den Anlagenkreislauf aus, ohne dass sich die beiden Flüssigkeiten jemals physisch berühren. Zweitens pumpt es die Sekundärflüssigkeit mit einer kontrollierten Durchflussrate, die normalerweise in Litern pro Minute und Rack gemessen wird, durch die Serververteiler. Drittens filtert es Partikel aus dem Sekundärkreislauf, um die engen Kanäle in den Kühlplatten zu schützen, die bis zu 0,3 Millimeter klein sein können. Viertens überwacht es Temperatur, Druck, Durchfluss und Leckagestatus und meldet diese an das Gebäudemanagementsystem des Rechenzentrums.

Da der Sekundärkreislauf abgedichtet ist und im Vergleich zum Anlagenkreislauf ein kleines Volumen hat, kann er bei einer engeren, besser vorhersagbaren Temperatur laufen als das Rohwasser des Gebäudes, weshalb die Kühlplattenkühlung die Leistungswerte des Chip-Thermaldesigns unterstützen kann, die mit der Luftkühlung nicht erreicht werden können. Ein Rack, das mehrere Tausend Kubikfuß pro Minute Luftstrom benötigen würde, um die sichere Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten, kann stattdessen mit einigen Dutzend Litern zirkulierender Flüssigkeit pro Minute gekühlt werden. Dies ist einer der Gründe, warum die Flüssigkeitskühlung heute als praktischer Höchstwert für die Beschleunigerdichte gilt.

Es lohnt sich, genau zu sagen, was die CDU nicht ist. Es handelt sich nicht um eine Kältemaschine, es erzeugt keine Kälte aus dem Nichts und es ersetzt nicht die mechanische Anlage. Es handelt sich um ein Transfer- und Kontrollgerät, das zwischen der Anlage und dem Rack sitzt und dessen Aufgabe es ist, sicherzustellen, dass die Flüssigkeit, die die Chips berührt, innerhalb eines schmalen, stabilen Bandes bleibt, unabhängig davon, was der Anlagenkreislauf auf der anderen Seite des Wärmetauschers tut.

Eine kurze Geschichte, wie CDUs die Datenhalle erreichten

Kühlverteilungseinheiten wurden nicht in kommerziellen Rechenzentren eingeführt. Das Kerndesign, ein abgedichteter Sekundärkreislauf, der durch einen Plattenwärmetauscher von der Wasserversorgung der Anlage isoliert ist, entstand Jahrzehnte zuvor in Hochleistungsrechnerlaboren und industriellen Prozesskühlungsanwendungen, wo empfindliche Geräte sauberes, chemisch kontrolliertes Wasser benötigten und nicht das, was aus der Kaltwassersteigleitung eines Gebäudes kam. Superrechenzentren haben diesen Ansatz schon früh übernommen, da ihre Prozessoren heißer und dichter liefen als alles in einem typischen Unternehmensserverraum.

Als sich GPU-basiertes Computing von einer Forschungsnische in die Mainstream-Cloud- und Unternehmensinfrastruktur verlagerte, wurde das gleiche Isolationsprinzip in eine Produktkategorie neu verpackt, die sich an Rechenzentrumsbetreiber richtet, die noch nie zuvor mit einem Flüssigkeitskreislauf in Berührung gekommen waren. Was früher ein maßgeschneiderter Rahmen für eine einzelne Supercomputer-Installation war, wurde zu einem standardisierten, rackmontierbaren oder bodenstehenden Produkt mit definierten Kapazitätsstufen, Plug-and-Play-Verteilern und ab Werk integrierter Fernüberwachung. Diese Standardisierung ist der Hauptgrund dafür, dass die Flüssigkeitskühlung im kommerziellen Maßstab realisierbar geworden ist und kein Spezialwerkzeug für nationale Labore bleibt.

Vergleich der In-Row-, In-Rack- und Sidecar-CDU-Typen

Kühlverteilungseinheiten werden im Allgemeinen in drei physischen Formaten verkauft, und die Wahl wirkt sich auf alles aus, von der Grundfläche über die Verkabelung bis hin zur Redundanzplanung.

In-Rack-Einheiten sind für Nachrüstungen attraktiv, da sie die kleinste Stellfläche des Sekundärkreislaufs benötigen und zu einem einzelnen Schrank hinzugefügt werden können, ohne den Rest der Reihe zu berühren. Sie vervielfachen jedoch die Anzahl der Pumpen, Filter und Wärmetauscher, die in einer Halle regelmäßig gewartet werden müssen. In-Reihen-Einheiten bilden einen Mittelweg, den viele Colocation-Anbieter bevorzugen, da der Ausfall einer einzelnen Einheit nur eine Handvoll Schränke und nicht einen ganzen Pod betrifft und die Einheit normalerweise von vorne herausgezogen und gewartet werden kann, ohne benachbarte Racks zu stören.

Sidecar- und Raumeinheiten werden immer häufiger für neue KI-Trainingscluster gewählt, da durch die Zentralisierung von Pumpen und Wärmeaustausch die Anzahl der beweglichen Teile pro Rack reduziert und Leckerkennungszonen vereinfacht werden, auch wenn dafür ein größerer Sekundärkreislauf und ein sorgfältigerer Druckausgleich über ein längeres Verteilungsnetz erforderlich sind. Bediener, die auf Schulungskapseln mit sehr hoher Dichte umsteigen, oft im Bereich von 100 kW und mehr pro Rack, tendieren dazu, sich für dieses Format zu entscheiden, weil es dem mechanischen Konstruktionsteam ermöglicht, Wartungszugang, Ersatzteile und Überwachung an einem Ort zu konzentrieren, anstatt es auf Dutzende von Einheiten auf Schrankebene zu verteilen.

Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit versus Flüssigkeit-zu-Luft-CDU-Architekturen

Über das physische Format hinaus unterscheiden sich CDUs auch darin, wie sie Wärme abweisen. Eine Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-CDU, die in Neubauten häufiger vorkommt, tauscht Wärme über einen Plattenwärmetauscher direkt mit einem Kaltwasser- oder Kondensatorwasserkreislauf der Anlage aus. Eine Flüssigkeit-zu-Luft-CDU gibt stattdessen Wärme über eine Kühler- und Lüfterbaugruppe an die Raumluft ab, was bedeutet, dass überhaupt kein Wasseranschluss für die Anlage erforderlich ist.

Vorteile von Flüssigkeit zu Flüssigkeit

Diese Architektur lässt sich auf viel höhere Dichten skalieren, da Wasser weitaus mehr Wärme pro Durchflusseinheit transportiert als Luft und den Sekundärkreislauf vollständig von den Raumluftbedingungen entkoppelt, wodurch die Leistung weitaus vorhersehbarer wird. Es ist die Standardwahl für jede Einrichtung, die bereits über eine Kühlwasseranlage oder einen Trockenkühlerkreislauf in der Rackreihe verfügt.

Vorteile von Flüssigkeit zu Luft

Diese Architektur ist bei Nachrüstungen nützlich, bei denen die Verlegung neuer Kühlwasserleitungen zu einer Reihe unpraktisch ist, oder bei kleineren Randstandorten, die überhaupt keinen Wasserkreislauf haben. Der Nachteil besteht darin, dass Flüssigkeit-zu-Luft-Geräte für ihre endgültige Wärmeabgabe immer noch von der Raumlufttemperatur abhängig sind, sodass ihre Kapazität und Effizienz in heißen Räumen etwas nachlässt und sie dem Raum zusätzliche Wärme zurückgeben, die die Klimaanlage des Raums dann abführen muss.

Wo ein Gleichstrom-Hydraulikaggregat in den Kreislauf passt

Ein Teil der Verwirrung, auf die Käufer stoßen, entsteht durch die Verwechslung von Hydraulikaggregaten für Industriemaschinen mit den Pumpenpaketen in einer Kühlverteilungseinheit. A Gleichstrom-Hydraulikaggregat bezieht sich im Kühlkontext auf eine kompakte Pumpen-Motor-Reservoir-Baugruppe, die mit Gleichstrom, meist 24 V oder 48 V, betrieben wird und die Flüssigkeitszirkulation für kleinere oder am Rand angeordnete Flüssigkeitskühlungs-Skids antreibt, bei denen ein vollständiges dreiphasiges Wechselstrompumpenpaket überdimensioniert oder nicht verfügbar wäre.

Gleichstrombetriebene Pumpenmodule tauchen am häufigsten in drei Situationen auf: Telekommunikations-Edge-Schränke, in denen nur Gleichstromkraftwerke vor Ort vorhanden sind, Container- oder modulare Rechenzentren, die für abgelegene Standorte ohne stabile Dreiphasenversorgung gebaut werden, und redundante Standby-Pumpenbaugruppen, die während einer kurzzeitigen Wechselstromübertragung die Flüssigkeitszirkulation aufrechterhalten müssen. In diesen Fällen fungiert das Gleichstrom-Hydraulikaggregat als Muskel innerhalb der CDU und bewegt das Kühlmittel durch den Verteiler und die Kühlplatten, während die Steuerplatine der CDU die Ventilposition, die Bypass-Mischung und die Temperatursollwerte verwaltet.

Eine gut konzipierte CDU, die auf einer DC-Pumpenarchitektur basiert, umfasst in der Regel eine kleine Batterie oder einen Superkondensator-Puffer, sodass das Pumpen nicht einmal für die paar hundert Millisekunden stoppt, die ein automatischer Umschalter benötigt, um zwischen den Versorgungsquellen zu wechseln, da selbst eine kurze Pumpenunterbrechung lokale Hotspots auf einer voll ausgelasteten GPU-Kühlplatte verursachen kann. Insbesondere Telekommunikationsbetreiber verlassen sich seit langem auf 48-V-Gleichstromanlagen für alle Geräte in einem Schrank, und die Erweiterung desselben Gleichstrombusses auf die Kühlpumpe vermeidet die Notwendigkeit einer separaten Wechselstromversorgung nur für den Betrieb der Kühlhardware.

Dimensionierung eines Gleichstrom-Hydraulikaggregats für ein Kühlgestell

Die Dimensionierung folgt der gleichen zugrunde liegenden Physik wie jede Pumpenauswahl: Die erforderliche Durchflussrate im Verhältnis zum Systemdruckabfall bestimmt die benötigte Motorleistung, und dann werden die Gleichspannung und die Stromaufnahme aus dieser Leistungszahl abgeleitet. Ein kleiner Edge-Cooling-Skid, der ein einzelnes Rack trägt, benötigt möglicherweise nur eine Gleichstrompumpe mit einer Leistung von weniger als 150 Watt, während eine größere Beiwageneinheit, die um einen Gleichstrombus für einen vollständigen Pod herum aufgebaut ist, eine Reihe von Pumpen und ein viel größeres Reservoir erfordern könnte. An diesem Punkt prüfen viele Betreiber, ob eine Gleichstromarchitektur im Vergleich zur standardmäßigen dreiphasigen Wechselstrompumpe noch sinnvoll ist.

Überlegungen zur Zuverlässigkeit speziell für Gleichstrompumpenmodule

Da Gleichstrom-Hydraulikaggregate häufig an unbemannten oder wenig besetzten Randstandorten eingesetzt werden, sind Redundanz und Ferndiagnose noch wichtiger als in einer mit Personal besetzten Datenhalle. Achten Sie auf zwei redundante Pumpenköpfe, die sich ein einziges Reservoir teilen, eine Stromaufnahmeüberwachung, die ein defektes Motorlager erkennen kann, bevor es völlig ausfällt, und einen Controller, der den Status über eine Standardschnittstelle melden kann, selbst wenn am Standort kein IT-Personal vor Ort ist, das die Einheit physisch inspiziert.

Kernkomponenten einer modernen CDU

• Plattenwärmetauscher: Überträgt Wärme zwischen Anlagen- und Technologiekreisläufen ohne Flüssigkeitsvermischung, typischerweise gelötete Edelstahl- oder Titanplatten.
• Redundante Pumpen: Wird fast immer in der N 1-Konfiguration eingesetzt, sodass der Ausfall einer einzelnen Pumpe die Kühlung nicht unterbricht.
• Partikelfilter sind so ausgelegt, dass sie Schmutzpartikel mit einer Größe von bis zu 25 bis 50 Mikrometern auffangen, bevor die Flüssigkeit die Kühlplattenkanäle erreicht.
• Dreiwege-Modulationsventile, die Rücklaufflüssigkeit mit Versorgungsflüssigkeit mischen, um unabhängig von Wasserschwankungen in der Anlage eine feste Temperatur im Technologiekreislauf zu erreichen.
• Durchflussmesser und Differenzdrucksensoren an jedem Regalzweig zur frühzeitigen Erkennung von Verstopfungen.
• Leckerkennungskabel oder Punktsensoren, die am tiefsten Punkt des Gehäuses und unter den Verteileranschlüssen angebracht sind.
• Ein Ausdehnungsgefäß oder eine Blase zur Aufnahme der Wärmeausdehnung des abgedichteten Sekundärkreislaufs.
• Ein Controller mit Netzwerkkonnektivität, normalerweise Modbus TCP oder SNMP, zur Integration in den Überwachungsstapel des Rechenzentrums.
• Absperrventile sowohl auf der Anlage- als auch auf der Technologieschleifenseite, sodass die Einheit gewartet oder ausgetauscht werden kann, ohne die gesamte Reihe zu entleeren.
• Ein lokales Mensch-Maschine-Schnittstellenpanel, normalerweise ein kleiner Touchscreen, zur Vor-Ort-Sollwertanpassung und Alarmüberprüfung.

Jede dieser Komponenten spielt eine besondere Rolle für die Gesamtzuverlässigkeit, und wenn man eine davon aus Kostengründen weglässt, zeigt sich dies später eher als Wartungs- oder Ausfallproblem und nicht als anfängliche Ersparnis. Insbesondere Absperrventile werden bei preisgünstigen Konstruktionen häufig übersehen, und ihr Fehlen macht einen routinemäßigen Pumpenwechsel zu einem Ereignis, das das Entleeren und Wiederauffüllen des gesamten Sekundärkreislaufs für die Reihe erfordert.

Eine Kühlverteilungseinheit richtig dimensionieren

Die Unterdimensionierung einer CDU ist der häufigste und teuerste Fehler, den Betreiber machen, denn eine Einheit, die auf dem Papier bei Auslegungslast ausreichend aussieht, kann die vorübergehenden Leistungsspitzen, die moderne GPU-Cluster während Trainingsstößen erzeugen, oft nicht bewältigen. Bei der Größenbestimmung sind drei Zahlen am wichtigsten.

Gesamtwärmelast im Vergleich zur Nennkapazität

Addieren Sie die thermische Auslegungsleistung aller flüssigkeitsgekühlten Komponenten in der Reihe und berücksichtigen Sie dann eine Sicherheitsmarge von mindestens 20 Prozent für zukünftige Rack-Upgrades. Eine Einheit, die genau für die heutige Last ausgelegt ist, lässt keinen Spielraum, wenn ein Kunde achtzehn Monate später eine Beschleunigergeneration mit höherer Wattzahl eintauscht, und die nachträgliche Nachrüstung einer CDU ist weitaus störender, als von Anfang an eine zusätzliche Marge festzulegen.

Annäherungstemperatur

Dabei handelt es sich um den Temperaturunterschied zwischen dem Anlagenwasser, das in den Wärmetauscher eintritt, und dem Wasser des Technologiekreislaufs, das ihn verlässt. Eine engere Annäherungstemperatur, üblicherweise 2 bis 3 Grad Celsius bei gut konzipierten Einheiten, bedeutet, dass die CDU den Chips auch dann kühleres Wasser liefern kann, wenn das Anlagenwasser warm ist, was in Klimazonen oder Jahreszeiten, in denen ein Trockenkühler kein sehr kaltes Wasser erzeugen kann, von großer Bedeutung ist. Eine größere Annäherungstemperatur hingegen zwingt die Anlage zum Ausgleich dazu, kälter zu laufen, was den Energieverbrauch der Kältemaschine im gesamten Gebäude erhöht.

Durchflussrate pro Rack

Die meisten Kühlplattenhersteller geben eine erforderliche Durchflussrate pro Beschleuniger an, oft im Bereich von 1 bis 3 Litern pro Minute und GPU. Multiplizieren Sie dies mit der Anzahl der Beschleuniger in einem Rack und stellen Sie dann sicher, dass die Nennpumpenkurve der CDU diesen Durchfluss gegenüber dem Druckabfall des gesamten Verteilers, der Schläuche und der Schnellkupplungen aufrechterhalten kann, da Schnellkupplungen allein einen erheblichen Anteil am Gesamtdruckverlust des Systems ausmachen können. Es kommt häufig vor, dass Teams ihre Pumpen allein anhand des Druckabfalls der Kühlplatte dimensionieren und vergessen, die Verteiler- und Armaturenverluste zu addieren, was sich dann als geringerer als erwarteter Durchfluss zeigt, sobald das System vollständig ausgebaut ist.

Teillastverhalten

Ein Cluster läuft selten kontinuierlich mit voller Nennleistung. Leerlaufzeiten, Lücken bei der Batch-Job-Planung und Wartungsfenster führen alle zu Teillastbedingungen, und eine CDU mit Pumpen mit variabler Drehzahl kann in diesen Zeiträumen drosseln, um Energie zu sparen, anstatt unabhängig von der tatsächlichen Wärmelast mit Volllast zu laufen. Pumpenkonstruktionen mit fester Drehzahl verschwenden im Vergleich zu Konstruktionen mit variabler Drehzahl eine messbare Energiemenge, wenn reale Nutzungsmuster berücksichtigt werden.

Anforderungen an Flüssigkeitschemie und Filtration

Die Flüssigkeit im Sekundärkreislauf ist nicht einfach Leitungswasser. Die meisten Bediener verwenden entionisiertes Wasser mit einem Korrosionsinhibitorpaket oder eine Propylenglykolmischung, wenn bei Außen- oder Randeinsätzen Frostschutz erforderlich ist. Unbehandelte oder schlecht gefilterte Flüssigkeit ist die häufigste Ursache für einen vorzeitigen Ausfall der Kühlplatte, da Kalkablagerungen und biologisches Wachstum mit der Zeit den Innendurchmesser des Kanals verringern und den Wärmewiderstand zwischen Chip und Kühlmittel erhöhen.

Betreiber testen die Sekundärkreislaufflüssigkeit in der Regel vierteljährlich auf pH-Wert, Leitfähigkeit und gelösten Sauerstoff. Viele CDU-Anbieter integrieren jetzt Inline-Leitfähigkeitssensoren, die anzeigen, wann Flüssigkeit ausgetauscht werden muss, bevor die Kühlleistung beeinträchtigt wird. Ein gut gewarteter Kreislauf mit kontinuierlicher Filterung kann zwischen einem vollständigen Flüssigkeitsaustausch drei bis fünf Jahre lang laufen. Dies geht aus Leitlinien hervor, die von Herstellern von Kühlgeräten veröffentlicht und durch Felddaten bestätigt wurden, die von Colocation-Betreibern mit dichten GPU-Pods geteilt wurden.

Häufige Flüssigkeitstypen, die in Sekundärkreisläufen verwendet werden

Best Practices für die Filtration

Ein mehrschichtiger Filteransatz funktioniert in der Praxis am besten: ein grobes Sieb am CDU-Einlass zum Auffangen großer Schmutzpartikel, ein feinerer Partikelfilter mit einer Nenngröße von etwa 25 bis 50 Mikrometern, der positioniert ist, bevor die Flüssigkeit den Verteiler erreicht, und eine Bypass-Filtrationsschleife, die kontinuierlich einen kleinen Nebenstrom der Flüssigkeit reinigt, selbst während die Hauptschleife läuft. Dieser mehrschichtige Ansatz fängt die meisten Verunreinigungen auf, bevor sie jemals eine Kühlplatte erreichen, wo die engen internen Kanäle selbst kleine Partikel zu einem echten Verstopfungsrisiko machen.

Redundanzmodelle für CDU-Bereitstellungen

Die Pumpenredundanz innerhalb eines einzelnen CDU-Chassis ist eine andere Überlegung als die Redundanz auf Einheitsebene über eine Reihe hinweg, und die meisten Spezifikationen erfordern jetzt sowohl zwei interne Pumpen als auch mindestens N 1 Einheitenersparnis für jede Bereitstellung, die umsatzgenerierende Datenverarbeitung unterstützt. Die Unterscheidung ist wichtig, da die interne Pumpenredundanz vor dem Ausfall einer einzelnen Pumpe schützt, während die CDU selbst weiterläuft, während die Redundanz auf Einheitenebene vor einem Ausfall der gesamten CDU, einschließlich Wärmetauscher, Steuerung oder Ventiltrieb, schützt.

Eine 2N-Architektur, bei der jede Reihe über eine vollständig duplizierte CDU und einen unabhängigen Rohrleitungspfad verfügt, ist am belastbarsten, verdoppelt aber auch etwa die Kapitalkosten für die Kühlverteilungsebene und ist daher tendenziell Einrichtungen vorbehalten, in denen selbst eine kurze Kühlunterbrechung zu einem inakzeptablen Verlust eines lang laufenden Schulungsauftrags oder einer Produktionsauslastung führen würde.

Überwachung, Steuerung und Integration mit Gebäudemanagementsystemen

Eine moderne CDU ist sowohl eine Datenquelle als auch ein mechanisches Gerät. Jedes Gerät, das heute eingesetzt werden kann, meldet Durchflussrate, Vor- und Rücklauftemperatur in beiden Kreisläufen, Differenzdruck, Pumpengeschwindigkeit und Stromaufnahme, Filterzustand und Leckagestatus an eine zentrale Überwachungsplattform. Diese Telemetriedaten werden in die Infrastrukturverwaltungssoftware des Rechenzentrums der Einrichtung eingespeist, wo Betreiber die Kühlleistung direkt mit der IT-Auslastung korrelieren können.

Alarmschwellen, die es wert sind, konfiguriert zu werden

Über einfache Hoch- und Tieftemperaturalarme hinaus konfigurieren gut geführte Anlagen Änderungsratenalarme, die eine langsame Annäherung an ein Problem erkennen, lange bevor ein absoluter Schwellenwert überschritten wird. Eine Durchflussrate, die beispielsweise über mehrere Wochen hinweg allmählich abnimmt, signalisiert oft, dass sich ein Filter der Kapazitätsgrenze nähert, lange bevor er einen Alarm bei niedrigem Durchfluss auslöst. Durch frühzeitiges Erkennen dieses Trends wird ein ungeplanter Filterwechsel während einer Hochlastperiode vermieden.

Integration mit IT-Lastdaten

Einrichtungen, die die CDU-Telemetrie direkt mit den Stromverbrauchsdaten der Server verknüpfen, können Vorhersagemodelle erstellen, die den Kühlbedarf vor einer geplanten Arbeitslast vorhersagen, anstatt erst nach steigenden Temperaturen zu reagieren. Dies ist besonders wertvoll für KI-Trainingscluster, bei denen der Stromverbrauch innerhalb von Sekunden dramatisch schwanken kann, wenn ein Job zwischen rechenintensiven und kommunikationsintensiven Phasen wechselt, und ein CDU-Regelkreis, der diese Schwankungen vorhersehen kann, messbar besser abschneidet als einer, der erst im Nachhinein auf die Temperatur reagiert.

Energieeffizienz und ihre Auswirkung auf den gesamten Stromverbrauch der Anlage

Da die Flüssigkeitskühlung die Wärme effizienter transportiert als die Luft, verzeichnen Einrichtungen, die eine bedeutende IT-Last auf CDU-Racks verlagern, im Allgemeinen eine messbare Verbesserung der Gesamteffizienz des Stromverbrauchs der Anlage, da die mechanische Anlage weniger Energie für die Luftbewegung verbraucht und ein größerer Teil der Gesamtstromaufnahme direkt in die Rechenleistung fließt. Pumpen mit variabler Drehzahl innerhalb der CDU reduzieren den parasitären Energieverbrauch weiter, indem sie nur so viel Durchfluss pumpen, wie die aktuelle Wärmelast tatsächlich erfordert, anstatt unabhängig von der Last mit fester Drehzahl zu laufen.

Anlagen, die CDUs mit einem Trockenkühler oder einem freien Kühlkreislauf kombinieren, können auch die Anzahl der Stunden pro Jahr erhöhen, in denen überhaupt kein mechanischer Kühler benötigt wird, da die strenge Annäherungstemperaturregelung der CDU eine nützliche Kühlung auch aus mäßig warmem Anlagenwasser ermöglicht. Betreiber in kühleren Klimazonen haben von einer sinnvollen Verlängerung der Freikühlstunden berichtet, indem sie eine CDU mit niedriger Annäherungstemperatur mit einer gut abgestimmten Steuerungsstrategie für Trockenkühler kombiniert haben. Dies geht aus Fallstudien hervor, die von Herstellern von Kühlgeräten und akademischen Effizienzforschern für Rechenzentren veröffentlicht wurden.

Häufige Installations- und Inbetriebnahmefehler

1. Vor dem Befüllen des Sekundärkreislaufs wird ein Stickstoffdrucktest am Sekundärkreislauf übersprungen, wodurch kleine Lecks unentdeckt bleiben, bis der Kreislauf wieder unter Spannung steht.
2. Neue Rohrleitungen werden nicht gründlich gespült, sodass Produktionsrückstände zurückbleiben, die später die Kühlplattenkanäle verstopfen.
3. Platzieren Sie Lecksensoren nur auf Bodenhöhe und lassen Sie Tropfpunkte an den Überkopfverteileranschlüssen fehlen.
4. Unterdimensionierung des Ausgleichsbehälters, was zu Druckspitzen führt, wenn sich der Kreislauf unter voller Rechenlast erwärmt.
5. Die Leistung der Pumpenkurve wird nicht anhand des Druckabfalls im Bauzustand validiert, sondern anhand des theoretischen Entwurfsabfalls.
6. Anschließen von Schnellkupplungen in der falschen Ausrichtung, was den Durchfluss behindern oder eine ordnungsgemäße Trockenabdichtung verhindern kann.
7. Die Anforderungen an die Verbindung und Erdung von Metallrohrleitungen werden außer Acht gelassen, was im Laufe der Zeit zu galvanischer Korrosion an Verbindungen unterschiedlicher Metalle führen kann.
8. Bei der Inbetriebnahme werden die Grunddurchfluss- und Druckmesswerte nicht dokumentiert, wodurch es viel schwieriger wird, später eine allmähliche Leistungsabweichung zu diagnostizieren.

Laufender Wartungsplan für eine gesunde CDU

Fehlerbehebung bei häufigen CDU-Leistungsproblemen

Sinkende Durchflussrate im Laufe der Zeit

Ein allmählicher Rückgang der Durchflussrate weist fast immer darauf hin, dass sich der Filter seiner Kapazitätsgrenze nähert oder sich irgendwo im Kreislauf bereits Ablagerungen gebildet haben. Die Überprüfung des Differenzdrucks im Filtergehäuse ist in der Regel die schnellste Möglichkeit, die Ursache zu ermitteln, bevor ein Filterwechsel geplant wird.

Steigende Annäherungstemperatur

Wenn die Lücke zwischen der Vorlauftemperatur der Anlage und der Vorlauftemperatur des Technologiekreislaufs größer wird als der Nennwert des Geräts, verschmutzen wahrscheinlich die Wärmetauscherplatten entweder auf der Anlagen- oder Technologieseite oder der Anlagenfluss zum Gerät ist aufgrund eines teilweise geschlossenen Ventils an anderer Stelle in der Reihe gesunken.

Intermittierende Leckalarme

Störende Leckalarme werden häufig durch die Bildung von Kondenswasser an kalten Versorgungsleitungen in einem feuchten Raum und nicht durch ein tatsächliches Flüssigkeitsleck verursacht. Das Isolieren freiliegender Kälteleitungen und die Bestätigung der Raumfeuchtigkeitskontrolle lösen dieses Problem normalerweise, ohne dass der Kreislauf überhaupt geöffnet werden muss.

Unerwarteter Pumpzyklus

Pumpen, die schnell ein- und ausschalten, anstatt gleichmäßig mit kontrollierter Geschwindigkeit zu laufen, weisen normalerweise auf einen zu kleinen Ausgleichsbehälter oder eine im Kreislauf eingeschlossene Luftblase hin, die dazu führt, dass der Druck über den Sollwertbereich des Reglers hinaus schwankt.

CDUs und Immersionskühlung arbeiten zusammen

Tauchkühltanks, bei denen ganze Server in einer dielektrischen Flüssigkeit eingetaucht sind, benötigen immer noch eine Möglichkeit, die von der Flüssigkeit absorbierte Wärme abzuleiten, und genau zu diesem Zweck wird üblicherweise eine Kühlverteilungseinheit verwendet. In dieser Konfiguration zirkuliert der Sekundärkreislauf der CDU die dielektrische Flüssigkeit durch einen mit dem Tank verbundenen Wärmetauscher und nicht durch Kühlplatten, während der Primärkreislauf weiterhin auf die gleiche Weise mit der Wasserversorgung der Anlage verbunden ist wie bei einem Einsatz mit Kühlplatten.

Der Hauptunterschied im Design besteht darin, dass dielektrische Flüssigkeiten im Allgemeinen eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine höhere Viskosität als Wasser haben. Daher sind Pumpen und Wärmetauscher, die für einen Kühlplattenkreislauf auf Wasserbasis dimensioniert sind, nicht automatisch für einen Immersionskreislauf geeignet, und Anbieter bieten in der Regel separate CDU-Modellreihen an, die speziell auf die Eigenschaften dielektrischer Flüssigkeiten abgestimmt sind.

Kostenfaktoren, die über den Stückkaufpreis hinausgehen

Der Aufkleberpreis einer Kühlverteilungseinheit macht nur einen Teil der gesamten Bereitstellungskosten aus. Rohrleitungen, Verteiler, Schnellkupplungen, Isolierung, Leckagewannen und Inbetriebnahmearbeiten machen häufig einen ähnlichen oder größeren Anteil der Gesamtausgaben aus, insbesondere bei Nachrüstungsprojekten, bei denen bestehende Doppelböden oder Überkopfwege nicht für Flüssigkeitsleitungen konzipiert wurden. Zu den laufenden Kosten zählen der Austausch von Flüssigkeiten, Filterverbrauchsmaterialien und der Strom, den die Pumpen selbst verbrauchen. Dieser macht nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtleistung der Anlage aus, lohnt sich aber dennoch in die langfristigen Betriebsbudgets einzubeziehen.

Anlagen, die mehrphasige Ausbauten planen, halten es oft für wirtschaftlicher, eine größere Sidecar-CDU mit Spielraum für künftige Phasen zu installieren, als mehrere kleinere Einheiten nacheinander zu installieren, da die Verrohrung und der Inbetriebnahmeaufwand eher mit der Anzahl der einzelnen Installationsvorgänge als mit der physischen Größe einer einzelnen Einheit skalieren.

Wohin der Markt geht

Die Einführung der Flüssigkeitskühlung hat sich schnell von einem Nischentool für Hochleistungsrechner zu einer Mainstream-Anforderung für KI-Training und Inferenzinfrastruktur entwickelt, was direkt durch die Leistungswerte des thermischen Beschleunigerdesigns vorangetrieben wird, die mittlerweile regelmäßig 700 bis 1000 Watt pro Chip überschreiten. Dieser Wandel hat die Anbieter von Kühlverteilungseinheiten zu größeren Beiwagen- und Raumeinheiten, strengeren Annäherungstemperaturen und Pumpenarchitekturen, einschließlich Gleichstrom-angetriebenen Modulen, geführt, die sich einfacher in die Batterie- und Strominfrastruktur vor Ort integrieren lassen, um einen kontinuierlichen Betrieb bei Stromübergängen zu gewährleisten.

Einrichtungen, die erst vor drei Jahren auf Luftkühlung standardisiert haben, rüsten jetzt mechanische Räume speziell für die Unterbringung einer Reihe von CDUs um, und die einst für Computerraum-Luftbehandlungsgeräte reservierte Bodenfläche wird stattdessen zunehmend der Infrastruktur für die Flüssigkeitskühlung zugewiesen. Anbieter konvergieren auch auf standardisiertere Verteiler- und Schnelltrennschnittstellen, was den kundenspezifischen Engineering-Aufwand jedes Mal reduziert, wenn eine neue Servergeneration eingeführt wird, und es Betreibern erleichtert, Hardware von mehreren Herstellern innerhalb derselben flüssigkeitsgekühlten Reihe zu kombinieren.