Vloeistofkoeling of liquid cooling is een van de meest besproken technologieën in de datacenterwereld. Vooral door de opmars van artificiële intelligentie en steeds krachtigere servers groeit de belangstelling voor deze koeltechnologie. Maar wat houdt vloeistofkoeling precies in? Hoe verschilt het van traditionele luchtkoeling? En betekent dit dat datacenters binnenkort afscheid nemen van luchtkoeling?
Servers produceren veel warmte. Om oververhitting te voorkomen en hun prestaties op peil te houden, moet die warmte voortdurend afgevoerd worden. In de meeste datacenters gebeurt dat met luchtkoeling. Koude lucht stroomt langs en door de servers, neemt de warmte op en wordt vervolgens opnieuw afgekoeld. Ook bij LCL gebeurt dat vandaag op deze manier. Maar dat betekent niet dat er geen water aan te pas komt.
“Water speelt vandaag al een belangrijke rol in onze koeling”, legt Adeline Wantiez, Project Manager Design bij LCL, uit. “We gebruiken koud water om de opgewarmde lucht af te koelen. Dat water circuleert in een gesloten circuit en wordt telkens opnieuw gebruikt. We maken geen gebruik van verdampingskoeling, waardoor er geen water wordt verbruikt voor het koelingsproces.”
Het belangrijkste verschil met vloeistofkoeling is dat het water bij klassieke luchtkoeling niet tot bij de servers zelf komt. De warmte wordt via de lucht afgevoerd. Voor servers met een lagere vermogensdichtheid werkt deze methode goed. Bij hogere vermogensdichtheden kan echter meer koelcapaciteit nodig zijn. In dat geval biedt vloeistofkoeling een oplossing.
Bij vloeistofkoeling wordt de warmte van servers afgevoerd met behulp van een vloeistof. Afhankelijk van de technologie gebeurt dat aan de achterkant van het serverrack of rechtstreeks bij de warmteproducerende componenten, zoals de chips. Vloeistoffen zoals water kunnen veel meer warmte transporteren dan lucht. Door de warmte dichter bij de bron op te nemen, kan het koelsysteem grotere hoeveelheden warmte afvoeren.
Het principe is niet nieuw. Denk bijvoorbeeld aan de koeling van een automotor. Ook in krachtige gamingcomputers wordt deze technologie al jarenlang toegepast. Waarom krijgt vloeistofkoeling dan juist nu zoveel aandacht? Het antwoord ligt vooral bij de toenemende vermogensdichtheid van servers.
Artificiële intelligentie vraagt bijzonder veel rekenkracht. Vooral bij het trainen en uitvoeren van complexe AI-modellen worden grote aantallen krachtige grafische processoren (GPU's) ingezet, die grote hoeveelheden gegevens parallel verwerken. In moderne AI-servers worden meerdere van die processoren gecombineerd, waardoor het vermogen per server en per rack sterk kan oplopen. Daardoor neemt de rekenkracht op een beperkte oppervlakte toe, maar ook de hoeveelheid warmte die moet worden afgevoerd.
Bij klassieke serverracks met een lage vermogensdichtheid volstaat luchtkoeling doorgaans prima. Maar bij de hoge densiteiten van AI-toepassingen kan deze koeltechnologie tegen haar grenzen aanlopen. Vloeistofkoeling maakt het mogelijk om ook bij die hogere vermogensdichtheden te koelen.
Niet alle systemen voor vloeistofkoeling werken op dezelfde manier. Het belangrijkste verschil is hoe dicht de koelvloeistof bij de warmteproducerende componenten komt. We onderscheiden drie belangrijke technieken.
Bij rear-door cooling wordt een warmtewisselaar aan de achterzijde van het serverrack geplaatst. De warme lucht die de servers verlaat, stroomt door die warmtewisselaar en geeft haar warmte af aan de vloeistof. De vloeistof komt dus dichter bij de servers, maar de warmte wordt nog altijd via lucht overgedragen. Deze oplossing biedt extra koelcapaciteit zonder dat de servers zelf voor vloeistofkoeling moeten worden aangepast.
Bij direct-to-chip cooling wordt de koelvloeistof via leidingen rechtstreeks naar koelplaten op de warmteproducerende componenten van de server gebracht, zoals CPU's en GPU's. De warmte wordt daardoor onmiddellijk bij de bron opgenomen. Deze techniek is daarom bijzonder geschikt voor servers met een hoge vermogensdichtheid.
Bij Immersion cooling worden servers ondergedompeld in een speciaal ontwikkelde, elektrisch niet-geleidende vloeistof. Die neemt de warmte rechtstreeks op van de elektronische componenten. Deze technologie kan bijzonder hoge warmtebelastingen opvangen, maar vraagt specifieke infrastructuur en onderhoudsprocedures. Daardoor is ze minder gangbaar dan de andere technieken.
Vloeistofkoeling biedt duidelijke voordelen bij hoge vermogensdichtheden. Toch betekent dat niet dat luchtkoeling haar plaats in datacenters verliest. Voor veel toepassingen blijft het een betrouwbare en efficiënte oplossing.
“Voor klassieke serverracks met een lagere vermogensdichtheid blijft luchtkoeling een prima oplossing”, benadrukt Adeline. “Vloeistofkoeling brengt extra installaties, kosten en onderhoud met zich mee. Het heeft dus weinig zin om alle bestaande servers zomaar op vloeistofkoeling over te schakelen.”
Ook bij veel vloeistofgekoelde servers worden bepaalde componenten nog met lucht gekoeld. Beide technologieën vullen elkaar dus aan. Welke koeloplossing het meest geschikt is, hangt af van de vermogensdichtheid, de gebruikte IT-apparatuur en de specifieke behoeften van de klant.
Vloeistofkoeling heeft niet alleen gevolgen voor de servers, maar ook voor de infrastructuur van het datacenter. Racks met een hoge vermogensdichtheid verbruiken meer elektriciteit, waardoor de elektrische infrastructuur voldoende capaciteit moet hebben. Daarnaast zijn aangepaste koelinstallaties, leidingen, warmtewisselaars en CDUs (Coolant Distribution Units) nodig om de koelvloeistof tot bij de racks te brengen.
Een bestaand datacenter kan worden aangepast, maar dat vraagt soms ingrijpende werkzaamheden. Bij nieuwe datacenters is het daarom interessant om al tijdens het ontwerp rekening te houden met toekomstige koelbehoeften. LCL anticipeert op deze evolutie. Zo werd bij de ontwikkeling van het nieuwste datacenter op de site van LCL Brussels-North al rekening gehouden met de mogelijke toekomstige toepassing van vloeistofkoeling. Ook bestaande datazalen worden aangepast om klanten met hogere koelbehoeften te ondersteunen. Momenteel werkt LCL bijvoorbeeld aan de ombouw van een datazaal om vloeistofkoeling mogelijk te maken.
“Vloeistofkoeling is geen standaardoplossing die voor elke klant hetzelfde is”, besluit Adeline. “De gekozen technologie moet aansluiten bij de servers en de specifieke behoeften van de klant. Daarom bekijken we telkens welke infrastructuur en koeling daarvoor nodig zijn.”
De toekomst van datacenterkoeling draait dan ook niet om de keuze tussen lucht- en vloeistofkoeling, maar om de juiste combinatie van beide. Door de koeltechnologie af te stemmen op de IT-apparatuur en de behoeften van de klant, kunnen datacenters blijven inspelen op de groeiende vraag naar rekenkracht, zonder in te boeten op betrouwbaarheid en efficiëntie.
Benieuwd welke koeloplossing past bij jouw IT-infrastructuur? Bespreek de mogelijkheden met onze experts
Schrijf je in op onze nieuwsbrief en ontvang maandelijks nieuws over LCL, onze innovaties, onze diensten, onze events
