Forscher aus China haben eine neue Technologie zur Kühlung von Rechenzentren entwickelt. Mithilfe einer druckgesteuerten Salzlösung soll sich der Energiebedarf deutlich reduzieren lassen.
Künstliche Intelligenz treibt die digitale Entwicklung voran, doch ihr Energiebedarf stellt ein Problem dar. Denn Rechenzentren benötigen nicht nur Strom für Berechnungen, sondern auch für die Kühlung der Hardware. Forscher der Chinese Academy of Sciences (CAS) habe nun eine Kühltechnologie vorgestellt, die dieses Hitzeproblem lösen soll.
Der Hintergrund: Rechenzentren produzieren im Betrieb Hitze, die die Systeme abführen müssen. Mit jedem neuen KI-Modell steigt der Rechenaufwand und damit die Abwärme in den Anlagen. Herkömmliche Kühlsysteme nutzen Kompressoren und fluorhaltige Kältemittel, was den Stromverbrauch und die Emissionen beeinflusst.
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Diese Systeme arbeiten mit mechanischen Bauteilen, die einen Teil der Energie für den Betrieb beanspruchen. Die Wärmeübertragung erfolgt indirekt über mehrere Stationen, bevor sie abgeführt wird. Das kostet Zeit.
Im Gegensatz dazu verzichtet die neue Technologie aus China auf Kompressoren und Gase. Stattdessen kommt eine druckgesteuerte Salzlösung zum Einsatz. Die Kühlung entsteht direkt im Medium, was den Wärmeaustausch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden beschleunigt.
Kühlung von Rechenzentren durch physikalische Druckimpulse
Das System verwendet eine wässrige Lösung aus Ammoniumthiocyanat als Kühlmedium. Ein mechanischer Druckimpuls steuert, ob das Salz im Wasser auskristallisiert oder sich auflöst. Dieser physikalische Vorgang entzieht der Umgebung Wärme. In Versuchen sank die Temperatur der Lösung innerhalb von 20 Sekunden um etwa 27 Grad Celsius.
Bei höheren Ausgangstemperaturen fiel die Abkühlung stärker aus. Kühlanlagen oder feste kalorische Materialien erreichen diese Werte in dieser Zeitspanne nicht. Die Lösung aus Ammoniumthiocyanat reagiert auf die Änderung des mechanischen Drucks. Sobald das System den Druck impulsartig anpasst, ändert sich die Löslichkeit des Salzes. Das Auflösen der Kristalle bindet Energie in Form von Wärme aus der unmittelbaren Umgebung.
Dieses Prinzip kühlt die Hardware direkt an den Prozessoren. Die Flüssigkeit übernimmt dabei zwei Aufgaben: Sie erzeugt Kälte und transportiert Wärme gleichzeitig ab. Dadurch entfallen zusätzliche Flüssigkeiten als Wärmeträger, die bei festen Materialien notwendig sind.
Die Forscher beschreiben das Verfahren als einen Carnot-ähnlichen Kühlkreislauf. Dieses theoretische Modell zeigt, wie effizient ein Kühlsystem im Idealfall arbeiten kann. Das System erreicht Kennzahlen, die bisher als schwer vereinbar galten.
Der Carnot-ähnliche Kühlkreislauf im Detail
Die Kühlkapazität liegt bei 67 Joule pro Gramm Kühlmedium und Zyklus. Das System arbeitet mit einer Effizienz von rund 77 Prozent des theoretischen Maximums. Die Kombination aus Leistung, Reaktionszeit und niedrigen Emissionen kennzeichnet diesen Aufbau.
Alternativen zur Kompressionskälte nutzen oft feste Materialien. Diese Stoffe kühlen zwar, leiten die Wärme jedoch nur langsam weiter. Sie benötigen daher einen zusätzlichen Wärmeträger, was die Komplexität der Anlage erhöht. Die flüssige Lösung in dem Modell beschleunigt diesen Austausch. Die Temperatur sinkt innerhalb von Sekunden. Dies ist für Anwendungen mit schwankender Auslastung, wie sie bei KI-Modellen vorkommen, ein Faktor für die Systemstabilität.
Die Technologie könnte den ökologischen Fußabdruck der digitalen Infrastruktur senken. Der Verzicht auf Kältemittel würde zudem direkte Emissionen reduzieren. Dies bietet eine Grundlage, um die Kosten der KI-Infrastruktur zu regulieren.
Zusätzlich zu neuen Kühlmethoden verfolgt China Ansätze zur Standortwahl. Das Land verlegt Serverfarmen, etwa auf den Meeresboden. Ziel dieser Maßnahme ist es, Strom und Süßwasser zu sparen.
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