Neue Kühltechnik für die Rechenzentren von morgen
Im Inneren des Green IT Cube bei GSI /FAIR. Bild: J. Hosan, GSI/FAIR
Im Green IT Cube von GSI/FAIR erproben Forschende gemeinsam mit Industriepartnern eine Technologie, die Prozessoren direkt mit Wasser kühlt – effizienter und mit dem Potenzial, die entstehende Abwärme weiter zu nutzen.
Rechenzentren gelten als Herzstücke der digitalen Welt. Gleichzeitig sind sie gewaltige Heizungen. „Selbst ein Rack mit 20 Kilowatt Heizleistung reicht aus, um ein Einfamilienhaus zu heizen“, sagt Helmut Kreiser vom Teilchenbeschleunigerzentrum GSI/FAIR in Darmstadt. Racks sind standardisierte Serverschränke, in denen die Rechenleistung moderner Computercluster gebündelt wird. Die Leistung, die sich dort auf engstem Raum konzentriert, steigt mit dem Boom der Künstlichen Intelligenz beständig an. Die Herausforderung besteht deshalb längst nicht mehr nur darin, genügend Rechenkapazität bereitzustellen. Die entstehende Wärme muss auch wieder aus den Systemen heraus.
Kaum noch Luft nach oben
Noch vor wenigen Jahren ließen sich die meisten Rechenzentren mit klassischen Luftkühlsystemen betreiben. Doch moderne KI-Anwendungen verändern die Anforderungen grundlegend. Hochleistungsprozessoren und GPU-Cluster erzeugen auf engem Raum immer größere Wärmemengen.
„Mit Luft bekommen Sie diese Wärmemengen einfach nicht mehr aus den Racks heraus“, erklärt der Forscher. Während herkömmliche Rechenzentren häufig mit Leistungen von einigen Kilowatt pro Rack arbeiten, werden für aktuelle KI-Systeme bereits deutlich höhere Leistungsdichten diskutiert. Die dabei entstehende Wärme lässt sich mit konventionellen Konzepten kaum noch zuverlässig abführen.
Philipp Müller von Rittal, Helmhut Kreiser Thomas Weber von etalytics bei der ZVEI-Preisverleihung. Bild: Marc Urban
Die Lösung ist überraschend unspektakulär: Wasser. Die Grundidee ist nicht neu. Schon leistungsstarke Gaming-PCs wurden vor vielen Jahren mit Wasserkühlungen ausgestattet. „Neu ist vor allem der Maßstab“, sagt Helmut Kreiser. „Statt einzelner Rechner müssen heute ganze KI-Cluster mit Hunderten von Hochleistungsprozessoren gekühlt werden.“
Für GSI/FAIR kommt die Entwicklung nicht überraschend. Im Green IT Cube, dem energieeffizienten Rechenzentrum des Forschungszentrums, kommen seit Jahren wassergekühlte Rack-Rücktüren zum Einsatz. Die von den Servern erwärmte Luft wird dort unmittelbar am Schrank wieder abgekühlt. Gleichzeitig nutzt GSI/FAIR die entstehende Abwärme, um benachbarte Büro- und Kantinengebäude zu beheizen.
Kühlung an der Quelle
Mit den steigenden Leistungsdichten moderner KI-Systeme stößt jedoch auch dieses Konzept an Grenzen. Die Wärme muss näher an ihrer Entstehungsquelle abgeführt werden. Hier setzt die Zusammenarbeit mit dem Schaltschrank- und Rechenzentrumsspezialisten Rittal sowie dem Darmstädter Deep-Tech-Unternehmen etalytics an.
Statt die Wärme erst an die Luft und anschließend an ein Kühlsystem abzugeben, geht die von Rittal entwickelte Cooling Distribution Unit (CDU) für Direct-Liquid-Cooling-Technologie direkt an die Quelle. Wasserführende Kühlkreisläufe nehmen die Wärme unmittelbar an den Prozessoren auf und transportieren sie aus dem System heraus. „Die Wärme direkt von der Hitzequelle in eine Flüssigkeit zu überführen, ist deutlich effektiver als den Umweg über die Luft zu gehen“, sagt Kreiser.
Für die Entwicklung bot der Green IT Cube ideale Voraussetzungen. Anders als in einem Labor ließ sich die Technik dort unter realen Bedingungen erproben. Die Systeme wurden nicht künstlich belastet, sondern in den regulären Forschungsbetrieb integriert. Forscherinnen und Forscher nutzten sie für ihre Berechnungen, während die Projektpartner Daten zum Verhalten der Kühlung sammelten und die Systeme weiter optimierten.
Green IT Cube auf dem Gelände der GSI. Bild: J. Hosan, GSI/FAIR
„Wir bieten kein Labor im klassischen Sinn, sondern ein reales Rechenzentrum mit echten Nutzern und echten Anwendungen“, erzählt Helmut Kreiser. Die Erfahrungen aus diesem Live-Betrieb halfen dabei, die Technologie schrittweise weiterzuentwickeln und für den praktischen Einsatz vorzubereiten. Zugleich lieferten sie wertvolle Daten über das Verhalten moderner KI-Systeme. Deren Lastschwankungen fallen deutlich stärker aus als bei klassischen Rechnerclustern. etalytics entwickelte deshalb KI-basierte Verfahren, die den Betrieb des Kühlsystems kontinuierlich optimieren.
Wärme als Ressource
Für diese Zusammenarbeit wurden Rittal, GSI und etalytics im Mai 2026 mit dem Electrifying Ideas Award des Zentralverbands Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI) ausgezeichnet. Der Preis würdigt Innovationen, die Energie effizienter nutzen und Fortschritte für Wirtschaft und Gesellschaft ermöglichen.
Für Kreiser reicht die Bedeutung des Projekts über die reine Kühlung hinaus. Moderne KI-Rechenzentren müssen nicht nur leistungsfähig, sondern auch energieeffizient und skalierbar sein. Gleichzeitig eröffnen direkt wassergekühlte Systeme neue Möglichkeiten bei der Nutzung von Abwärme. Während klassische Rechenzentren meist mit vergleichsweise niedrigen Wassertemperaturen arbeiten, erreichen Direct-Liquid-Cooling-Systeme deutlich höhere Temperaturniveaus. Dadurch könnte sich ihre Abwärme künftig einfacher in Wärmenetze oder andere Anwendungen integrieren lassen.
Der Ausbau leistungsfähiger KI-Infrastrukturen wird damit nicht allein zu einer Frage schneller Prozessoren. Ebenso entscheidend ist die Fähigkeit, die entstehende Wärme effizient zu beherrschen und sinnvoll zu nutzen. Technologien wie die im Green IT Cube erprobte Direktwasserkühlung könnten dabei helfen, den steigenden Energiebedarf künftiger KI-Rechenzentren in den Griff zu bekommen.
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