DTC – Direct-to-Chip-Kühlung

Abkürzung: DTC

Bei der Direct-to-Chip-Kühlung — auch Direct Liquid Cooling (DLC) oder Cold-Plate-Kühlung — sitzt auf jedem Prozessor und jeder GPU eine Kühlplatte aus Metall, durch deren Kanäle eine Flüssigkeit fließt. Die Wärme geht vom Chip über die Platte direkt in die Flüssigkeit, ohne den Umweg über die Raumluft.

Die Flüssigkeit berührt dabei die Elektronik nicht. Sie bleibt in einem geschlossenen Kreislauf aus Platten, Schläuchen und Verteilern.

Warum Flüssigkeit

Wasser nimmt pro Volumen ein Vielfaches der Wärme auf, die Luft transportieren kann. Bei Chips mit hoher Thermal Design Power wird die Wärmestromdichte an der Chipoberfläche so groß, dass Kühlkörper und Lüfter sie nur noch mit großem Aufwand abführen.

Ein aktuelles Beispiel: Das KI-System GB200 NVL72 von NVIDIA mit 72 GPUs und 36 Prozessoren in einem Rack ist vollständig flüssiggekühlt. Die Kühlflüssigkeit tritt nach Herstellerangabe mit 45 °C ein und mit 65 °C aus.

Was die Flüssigkeit übernimmt — und was nicht

Die Kühlplatten sitzen auf den Bauteilen mit der höchsten Wärmedichte. Sie nehmen nach Herstellerangaben etwa 60 bis 80 Prozent der Wärme eines Servers auf. Speicher, Laufwerke, Spannungswandler und Netzteile bleiben luftgekühlt und geben 20 bis 40 Prozent an den Raum ab.

Direct-to-Chip ist deshalb fast immer eine Hybridlösung. Das Rechenzentrum braucht weiterhin Luftkühlung, nur in geringerem Umfang — etwa über Kaltgang-Einhausung oder einen Rear Door Heat Exchanger.

Daran unterscheidet sich das Verfahren von der Immersionskühlung, bei der der ganze Server in einer nicht leitenden Flüssigkeit liegt und praktisch die gesamte Wärme ans Bad abgibt.

Einphasig und zweiphasig

Einphasig. Die Flüssigkeit bleibt flüssig und erwärmt sich nur. Meist ist es aufbereitetes Wasser, oft mit Zusätzen gegen Korrosion und Bewuchs. Das ist die verbreitete Bauart.

Zweiphasig. Eine nicht leitende Spezialflüssigkeit verdampft in der Kühlplatte und kondensiert an anderer Stelle wieder. Die Verdampfung nimmt mehr Wärme auf als die bloße Erwärmung, verlangt aber ein aufwendigeres System.

Was dazugehört

Die Server hängen nicht direkt am Kaltwassernetz des Gebäudes. Dazwischen steht eine Coolant Distribution Unit, die den Kreislauf der Server vom Gebäudekreislauf trennt, Druck und Temperatur regelt und das Wasser filtert. Im Rack verteilen Sammelleitungen (Manifolds) die Flüssigkeit an die einzelnen Server, angeschlossen über tropffreie Schnellkupplungen.

Die hohe Rücklauftemperatur ist dabei ein Vorteil: Wasser von 45 °C und mehr lässt sich in Mitteleuropa das ganze Jahr ohne Kältemaschine zurückkühlen, und die Abwärme ist warm genug für eine Nutzung.

Abgrenzung

Immersionskühlung. Der ganze Server liegt in Flüssigkeit, nicht nur die Chips.

Wasserkühlung. Der Oberbegriff, auch für Selbstbau-Kühlungen in PCs.

Rear Door Heat Exchanger. Kühlt die Abluft des Racks mit Wasser, nicht die Chips.