Vergessen Sie Lüfter: Ein 3D-gedruckter Wärmetauscher verspricht, KI-Energiebedarf deutlich zu senken
Durch den Einsatz von 3D-Druck zur Herstellung komplexer innerer Lüfter-Geometrien reduziert dieser Prototyp den Materialeinsatz und verbessert die Effizienz der Wärmeübertragung deutlich.
Allein in den nächsten fünf Jahren werden Unternehmen weltweit fast 7 Billionen Dollar in Rechenzentren investieren, angetrieben von der enormen Nachfrage nach KI. Es wird erwartet, dass sich der Energieverbrauch dieser Rechenzentren in diesem Zeitraum verdoppeln wird, wobei ein erheblicher Teil dieser Energie für Kühlsysteme zur Wärmeableitung aus dicht gepackter Hochleistungshardware verwendet wird.
Eine neue 3D-gedruckte Kühllösung ist nicht nur energieeffizienter, sondern leitet auch die Wärme besser von den Komponenten ab.
Der vom Dänischen Technologieinstitut und dem dänischen Start-up-Unternehmen Heatflow in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern entwickelte Prototyp dieser 3D-gedruckten Kühlkomponente, die für Rechenzentren und Hochleistungscomputersysteme maßgeschneidert ist, kommt ohne Pumpen oder Lüfter aus. Sie hat das Potenzial, überschüssige Wärme in lokalen Heizsystemen zu nutzen.
Passive Zweiphasenkühlung ohne Pumpen
Die neue Lösung nutzt ein zweiphasiges passives Kühlsystem, das auf dem „Thermosiphon-Prinzip“ basiert. Dabei verdampft ein Kältemittel an einer heißen Oberfläche, steigt auf natürliche Weise auf, kondensiert in einer anderen Region und kehrt durch die Schwerkraft zurück. Das bedeutet, dass für die Zirkulation der Flüssigkeit keine Energie benötigt wird, was den Energieverbrauch der Kühlung reduziert.
In Tests erreichte der Prototyp eine Kühlleistung von 600 Watt und übertraf damit das ursprüngliche Ziel von 400 Watt, was zeigt, dass der Ansatz nicht nur Energie spart, sondern auch die Wärme effizient von den Komponenten abführt.
3D-Druck ermöglicht Integration und Zuverlässigkeit
Obwohl die Entwickler nicht abstreiten, dass das Bauteil auch mit einem anderen Herstellungsverfahren gefertigt werden könnte, entschieden sie sich für den 3D-Druck von Metallen, weil sich damit mehrere komplexe Komponenten in einen einteiligen Aluminiumverdampfer integrieren lassen. Das Design garantiert weniger Lecks und lässt sich leichter recyceln, da es aus einem einzigen Material besteht.
Ein zentrales Ergebnis des Projekts ist, dass die neue Lösung Wärme bei Temperaturen zwischen 60 °C und 80 °C entzieht. Das ist ausreichend, um die Wärme direkt in Fernwärmenetze einzuspeisen und Wohnungen, Gebäude oder Fabriken in der Nähe des Rechenzentrums zu beheizen. Dies stellt eine erhebliche Veränderung gegenüber der herkömmlichen Luftkühlung von Servern dar, bei der die Wärme normalerweise bei wesentlich niedrigeren Temperaturen abgeführt wird, die sich nicht zur Wiederverwendung eignen.
Umweltvorteile und Projektdetails
Durch den Einsatz des 3D-Drucks wird auch der Gesamtmaterialverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Mehrkomponentenlösungen reduziert. Obwohl sich das Projekt noch im Demo-Stadium befindet, deuten Lebenszyklusanalysen auf eine mögliche Verringerung der gesamten CO2-Emissionen um 25 bis 30 % pro Einheit im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen hin.
Der Wärmetauscher ist das Ergebnis des AM2pC-Projekts (Novel two-phase cooling systems for data centres through additive manufacturing), eines europäischen Forschungsprojekts (2023-2025), das auf die Entwicklung hocheffizienter passiver Kühlungslösungen für Rechenzentren und Hochleistungscomputer abzielt, die mittels 3D-Druck hergestellt werden. Zu den Partnern gehören Open Engineering (Belgien) und Fraunhofer IWU (Deutschland) sowie Heatflow und das Danish Technological Institute.
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