Noodzaak voor alternatieve koeling datacenters neemt toe

Het drinkwaterverbruik van datacenters heeft zijn wortels in zogenoemde 'open koeltorens'. Warmte afkomstig van IT-apparatuur wordt opgenomen door water, dat vervolgens in deze koeltorens wordt versproeid. Warmte wordt hierdoor automatisch aan de buitenlucht overgedragen. In dit proces verdampt een deel van het water, dat moet worden aangevuld. Ook moet regelmatig een deel van het overgebleven water worden geloosd.

Deze systemen liggen nu onder vuur vanwege het mogelijke drinkwatertekort dat daardoor op warme dagen zou kunnen ontstaan. De Dutch Data Center Association relativeert in Het Fiancieele Dagblad overigens het hoge waterverbruik waar de De Telegraaf van spreekt. In het FD-artikel wordt daarnaast gesteld dat deze vorm van koeling slechts op de warmere dagen nodig is, zo'n vijf procent van de tijd. Desondanks heeft demissionair minister Van Nieuwenhuizen aangegeven uit te willen zoeken "hoe het zit".

Hoe het ook zit, om drinkwater te besparen kunnen datacenters een 'gesloten koelsysteem' overwegen. In tegenstelling tot open systemen zoals hierboven beschreven, blijft in een gesloten systeem de koelvloeistof circuleren en hoeft deze niet te worden aangevuld. Nog interessanter wordt het echter wanneer zo'n gesloten systeem wordt gecombineerd met een efficiënte opvang van warmte direct bij de bron, de server. Deze combinatie levert niet alleen voordeel op in termen van water- en energieverbruik, maar is ook het meest toekomstbestendig gezien de nieuwste technologische ontwikkelingen.

Serverwarmte kan worden geoogst via lucht, of via vloeistof. In dat eerste geval wordt koele lucht langs de server, het 'serverrack' of simpelweg door de gehele zaal geblazen. De hitte wordt op zijn beurt in een warme luchtstroom afgevoerd. Lucht is echter geen bijster goed transportmiddel voor warmte; vloeistof is een veel betere geleider. Experts voorspellen mede daarom al jaren de doorbraak van vloeistofkoeling, ook wel 'direct liquid cooling' genoemd. Hierbij worden slangetjes met koelvloeistof langs of door de servers heen geleid, of de volledige server wordt ondergebracht in een bad van synthetische olie. Die laatste, nog nieuwe variant wordt ook wel 'immersiekoeling' genoemd.

De datacenterbranche is nog niet op grote schaal overgestapt, maar de eerste voorzichtige stappen richting direct liquid cooling worden inmiddels gezet. Zo koelt Google een deel van haar servers middels slangetjes direct op de computerchips. Microsoft bracht over immersiekoeling hoopgevende berichten naar buiten, en ook oliebedrijf Shell en Franse bank Crédit Agricole hebben aangegeven deze technologie te gaan gebruiken in hun eigen datacenters. Verschillende overwegingen spelen hier een rol.

Allereerst betekent direct liquid cooling minder energiegebruik. Voor immersiekoeling is dit zelfs een vermindering van 30 tot 50 procent. Doordat direct bij de bron wordt gekoeld, neemt de vloeistof – olie, in dit geval – temperaturen aan van wel 50 tot 60 graden Celsius. En hoe contra-intuïtief het ook klinkt, juist restwarmte met een hoge temperatuur koelt gemakkelijk zelf weer af – een natuurkundig principe. Warmteafvoer die aanvankelijk via lucht verloopt levert later in het proces water op met restwarmtetemperaturen van slechts 25 tot 30 graden, wat andersom meer interventie vereist voor afkoeling. Denk hierbij aan ventilatoren die koele lucht langs het opgewarmde water blazen. Bij hogere buitentemperaturen gaat het zelfs om 'chillers', koelmachines die nog meer energie gebruiken.

Een nog belangrijkere overweging om op vloeistofkoeling over te gaan is de grote hoeveelheid warmte die de nieuwste generatie computerchips genereert. Deze chips zijn speciaal ontwikkeld voor toepassingen die veel rekenkracht vereisen, zoals de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie. Zelfs de meest geavanceerde luchtkoeling is volgens experts niet in staat de daarbij vrijkomende hitte te elimineren. Enkel vloeistofkoeling lijkt tegen deze taak opgewassen.

Deze vorm van koeling neemt daarnaast minder ruimte in, een voordeel gezien de verwachte stijging van het aantal datacenters. Met de uitrol van 5G zullen bijvoorbeeld ook in stedelijke omgevingen dichtbij de eindgebruiker steeds meer datacenters verrijzen. Dit zijn kleinere exemplaren die allerlei slimme, op kunstmatige intelligentie gebaseerde toepassingen ondersteunen. Vloeistofkoeling is in dit soort gevallen ideaal, niet alleen vanwege geavanceerde, hitte-genererende chips die daarbij worden gebruikt, maar ook omdat deze methode het aantal vierkante meters aan datavloer kan beperken. Luchtkoeling vergt vaak hoge ruimtes, grote installaties en ruime gangpaden aan weerszijden van de servers.

Een alternatieve wijze van koeling voldoet daarnaast beter aan de toenemende maatschappelijke eisen die aan datacenters worden gesteld. Amsterdam stelde vorig jaar dat het de bouw van nieuwe datacenters alleen toestaat wanneer deze hun restwarmte gratis beschikbaar stellen voor de verwarming van woningen in groot-Amsterdam. De hoge restwarmtetemperaturen die via direct liquid cooling worden geoogst, zijn breed toepasbaar. Restwarmte met een relatief lage temperatuur is minder makkelijk inzetbaar, omdat alleen goed geïsoleerde nieuwbouwwoningen ermee kunnen worden verwarmd.

Natuurlijk betekent dit niet datacenters van de ene op de andere dag wisselen van koeltechniek. Op vloeistof gebaseerde koelsystemen houden een paradigmawisseling in: ze vereisen anders ontworpen panden, aanpassingen en standaardisatie van de servers zelf, en een wijziging in operationele processen. Daar komen de nodige investeringen bij kijken. Toch lijken de voordelen door eigenaars van datacenters te worden erkend; in recent onderzoek gaf 60 procent van de respondenten aan vloeistofkoeling te willen overwegen. Het percentage was nog hoger (70 procent) wanneer deze vraag specifiek werd gesteld onder de aanname dat ze een nieuwe faciliteit zouden moeten bouwen.

Al met al lijkt het erop dat de bodem voor vloeistofkoeling in datacenters steeds vruchtbaarder wordt. Een toenemende nadruk op duurzaamheid vanuit de maatschappij vormt een belangrijke drijfveer, evenals de eisen die nieuwe digitale toepassingen de komende jaren aan onze digitale infrastructuur stellen. Het is nu aan alle vooruitziende ondernemers om te bepalen wanneer zij dit laatste puzzelstukje leggen.

In Headlines & Insights geeft ABN AMRO duiding bij het nieuws.

• De Telegraaf, Datacenters slurpen zo veel water dat er mogelijk te weinig voor huishoudens overblijft
• ABN AMRO-publicatie, Energiereductie is een zaak van de hele cloud-keten
• ABN AMRO-publicatie, Duurzaamheid wordt bittere noodzaak voor softwarebedrijven
• Julia Krauwer, ABN AMRO sector banker TMT, julia.krauwer@nl.abnamro.com