Von der Serverfarm zum Energie-Ökosystem
Das klassische Rechenzentrum entwickelt sich immer mehr von einem nüchternen Servergebäude zu einem integrierten Energie- und Infrastruktur-Ökosystem. Weltweit entstehen gegenwärtig neue Konzepte, die zeigen, wie digitale Fabriken in der Zukunft aussehen könnten.
Unter Wasser statt auf der grünen Wiese
Besonders spektakulär ist ein Projekt der chinesischen Firma Shanghai Hailanyun Technology vor der Küste Shanghais. Dort ging in diesem Jahr das weltweit erste mit grüner Offshore-Windenergie betriebene Unterwasser-Rechenzentrum in Betrieb. In gut 35 Metern Tiefe auf dem Meeresgrund sollen bald bis zu 2.000 Server laufen, das Wasser dient dabei als natürliche Kühlung. Durch die Nutzung der Umgebungstemperatur sinkt der Energiebedarf für die Kühlung erheblich.
„Bei einem Unterwasser-Rechenzentrum würde der Stromverbrauch für die Kühlung nur etwa ein Zehntel des Gesamtstromverbrauchs ausmachen.“
Professor Li Zhen (Tsinghua-Universität)
Üblicherweise benötigt ein Rechenzentrum an Land zwischen 25 und 40 Prozent seiner Energie für die Wasserkühlung. „Bei einem Unterwasser-Rechenzentrum würde der Stromverbrauch für die Kühlung nur etwa ein Zehntel des Gesamtstromverbrauchs ausmachen“, erklärt Professor Li Zhen von der Tsinghua-Universität, eine der Projektbeteiligten. Schätzungen zufolge könnte der Kühlstromverbrauch bei einem Projekt in dieser Größenordnung auf rund 30 Milliarden Kilowattstunden reduziert werden. Das entspräche insgesamt einer jährlichen Einsparung von etwa 50 Milliarden Kilowattstunden Strom.
Noch arbeitet das chinesische Unterwasser-Rechenzentrum mit einer Leistung von 2,3 Megawatt. Langfristig ist jedoch eine Erweiterung auf 24 Megawatt vorgesehen.
Microsoft war Pionier
Ganz neu ist die Idee eines Unterwasser-Rechenzentrums nicht. Bereits 2018 versenkte Microsoft im Rahmen des Projekts Natick ein Rechenzentrum vor den schottischen Orkney-Inseln. Der zwölf Meter lange Unterwasserzylinder beherbergte 864 Server und konnte bis zu 27,6 Petabyte Daten speichern. Microsoft stellte später fest, dass unter Wasser weniger Hardware ausfiel als in vergleichbaren Rechenzentren an Land. Trotz technischer Erfolge wurde das Projekt nicht weitergeführt. Als Gründe gelten neben geänderten Unternehmensprioritäten vor allem hohe Wartungs- und Servicekosten.
Dennoch: Die Technologie steht erst am Anfang ihrer Entwicklung. Unterwasser-Rechenzentren versprechen zwar Vorteile bei Flächenbedarf, Kühlung und Süßwasserverbrauch, doch manch eine Frage bleibt noch offen. So gibt es bislang nur wenige Erfahrungen mit dem langfristigen Betrieb solcher Anlagen. Forscher untersuchen zudem, welche Auswirkungen die kontinuierliche Wärmeabgabe auf lokale Meeresökosysteme haben könnte.
Zahlen, Daten, Fakten
Quellenangabe: IEA
Die Ära der „AI Factories“ hat begonnen
Die Ära klassischer Rechenzentren scheint zu Ende zu gehen – zumindest in der Sprache der Branche. NVIDIA-Chef Jensen Huang spricht heute bewusst von „AI Factories“ statt von Data Centern. Seine Begründung: Moderne KI-Infrastrukturen speichern nicht mehr nur Daten, sondern erzeugen einen neuen Output – digitale Intelligenz. Daten und Energie werden in Modelle, Vorhersagen und Entscheidungen umgewandelt.
Die Dimension dieser Entwicklung ist enorm. Nach Schätzungen der Internationalen Energieagentur (IEA) benötigen moderne KI-Rechenzentren häufig bereits Leistungen von 100 Megawatt oder mehr. Die größten geplanten Anlagen bewegen sich inzwischen sogar im Gigawatt-Bereich – eine Größenordnung, die bisher eher für Kraftwerke typisch war.
Der Engpass verschiebt sich damit zunehmend von der Hardware zur Energieversorgung. NVIDIA spricht deshalb von „co-designed systems“: Rechenleistung, Stromversorgung, Netzwerktechnik und Kühlung werden nicht mehr getrennt geplant, sondern als integriertes Gesamtsystem entwickelt.
Besonders sichtbar wird dieser Wandel bei der Kühlung. Mit der kommenden Rubin-Generation setzt NVIDIA erstmals auf eine vollständig flüssigkeitsgekühlte Architektur. Die Kühlflüssigkeit kann dabei mit bis zu 45 Grad Celsius zirkulieren – deutlich wärmer als in herkömmlichen Rechenzentren. Dadurch lassen sich energieintensive Kältemaschinen und Kühltürme in vielen Regionen weitgehend vermeiden. Nach Angaben von NVIDIA sinkt der Wasserverbrauch für die Kühlung von bisher rund 2,6 Millionen Gallonen (9,8 Millionen Liter) pro Megawatt und Jahr auf nahezu null. Die Wärme wird direkt am Chip aufgenommen und über geschlossene Flüssigkeitskreisläufe abgeführt.
Die Größenordnung der Investitionen spiegelt die Bedeutung dieser Entwicklung wider. Huang spricht von einem weltweiten Markt für KI-Infrastruktur im Umfang von mehreren Billionen US-Dollar. Das Rechenzentrum der Zukunft wird damit weniger zu einem Gebäude voller Server – und immer mehr zu einem hochintegrierten Energie-, Kühl- und Produktionssystem.
Schaeffler macht Rechenzentren effizienter
Schaeffler unterstützt Rechenzentren mit einem breiten Portfolio an Lager-, Monitoring- und Systemlösungen. Ziel ist es, den Energiebedarf der Kühlung zu senken, den Wartungsaufwand zu reduzieren und ungeplante Stillstände zu vermeiden.
Lesen Sie hier, wie Schaeffler unter anderem mithilfe von stromisolierenden Lagern die Zuverlässigkeit von Rechenzentren erhöht.
Die größten Rechenzentren der Welt
Der Norden als natürlicher Kühlschrank
Skandinavien oder Nordkanada profitieren von einem natürlichen Standortvorteil: niedrigen Außentemperaturen. Dort kann die Kühlung vieler Rechenzentren über weite Teile des Jahres mit Außenluft erfolgen – deutlich energieeffizienter als klassische Klimaanlagen.
Ein prominentes Beispiel ist Meta in Nordschweden. Das Rechenzentrum in Luleå liegt nur rund 100 Kilometer südlich des Polarkreises. Die durchschnittliche Jahrestemperatur von etwa zwei Grad Celsius ermöglicht eine nahezu ganzjährige Freikühlung. Gleichzeitig stammt der Strom überwiegend aus Wasser- und Windkraft. Auch Google betreibt im finnischen Hamina eines seiner effizientesten europäischen Rechenzentren. Dort wird Meerwasser aus der Ostsee zur Kühlung genutzt.
Die Standortwahl folgt dabei den Gesetzen der Physik. „Das kalte Klima Finnlands und das Meerwasser des Finnischen Meerbusens bieten ideale Voraussetzungen für eine energieeffiziente Kühlung“, begründet Google die Entscheidung für seinen Rechenzentrumsstandort in Hamina. Die einfache Formel: Wo die Natur einen Teil der Kühlleistung übernimmt, sinken Energieverbrauch und Betriebskosten.
Nicht überall willkommen
So beeindruckend die technischen Innovationen sind – der Ausbau der Rechenzentrumsinfrastruktur stößt zunehmend auf Widerstand. Vor allem in den USA formieren sich Bürgerinitiativen gegen neue Großprojekte von Amazon, Google oder anderen Technologieunternehmen.
Die Kritik richtet sich vor allem gegen den enormen Strom- und Wasserverbrauch, Flächenversiegelung, Lärmbelastung sowie steuerliche Sonderregelungen für Betreiber. Beispiel Meta: Der Technologiekonzern erhält für sein geplantes KI-Rechenzentrum „Hyperion“ in Louisiana Steuervergünstigungen von mehr als 3,3 Milliarden US-Dollar – bei einem Projektvolumen von über 10 Milliarden US-Dollar.
Das Argument der Projektgegner: Das Rechenzentrum könnte nahezu 20 Prozent des gesamten Stromverbrauchs von Louisiana beanspruchen, während dauerhaft nur rund 300 bis 500 Arbeitsplätze erwartet werden. Meta verweist dagegen auf Investitionen in Infrastruktur und erneuerbare Energien.
Fest steht: Mit dem KI-Boom wird das Rechenzentrum zunehmend zu einer Infrastrukturfrage – und damit zu einem Ort, an dem Energie, Effizienz und Technologie neu zusammengedacht werden müssen.
