Liquid cooling: de nieuwe standaard voor AI-datacentra

Van lucht naar vloeistof: een historische verschuiving

De evolutie van datacenterkoeling verliep in duidelijke fasen. In de beginjaren van de computerindustrie volstond eenvoudige luchtkoeling op kamerniveau, goed voor rack-densiteiten van drie tot vijf kilowatt. In de jaren 2010 verschoof de koeling naar rij- en gangpad-niveau, met verhoogde vloeren om de luchtstroom te bevorderen. Hiermee zijn densiteiten van vijf tot tien kilowatt haalbaar. Vandaag de dag vereisen AI-workloads rack-densiteiten van 250 kilowatt en meer, waarmee luchtkoeling zijn limieten bereikt heeft.

De opkomst van generatieve AI heeft de stroomvraag in datacentra versneld. GPU-gebaseerde servers stuwen rack-densiteiten richting één megawatt. Luchtkoeling kan dit simpelweg niet bijhouden. Liquid cooling is daarmee geen luxe meer, maar een operationele noodzaak.

Hoe direct-to-chip koeling werkt

Er zijn twee hoofdvormen van liquid cooling voor AI-servers: immersiekoeling en direct-to-chip koeling. Die laatste wint snel terrein als de meest praktische en effectieve oplossing. Bij direct-to-chip koeling stroomt koelvloeistof rechtstreeks langs de heetste componenten in de server, zoals CPU's en GPU's. Koude platen (cold plates) die op deze chips zijn bevestigd, absorberen de warmte en voeren die af naar een warmtewisselaar buiten het datacenter.

Een centrale Coolant Distribution Unit (zoals de Motivair CDU) regelt de temperatuur, druk en doorstroom van de vloeistof en zorgt voor isolatie tussen het IT-circuit en het gebouwcircuit. Deze aanpak minimaliseert de behoefte aan grote ventilatoren, wat het energieverbruik verlaagt en ruimte vrijmaakt voor hogere computerdichtheid. Belangrijk detail: ook bij liquid cooling blijft enige luchtkoeling nodig, direct-to-chip systemen vereisen nog tien tot dertig procent luchtkoelingcapaciteit voor resterende warmtelasten.

Efficiënter, compacter en duurzamer

De voordelen van liquid cooling ten opzichte van luchtkoeling zijn aanzienlijk. Vloeistof is tot drieduizend keer effectiever in het afvoeren van warmte dan lucht, omdat het hitte direct op chipniveau oppikt. Direct-to-chip koeling levert dertig tot zestig procent energiebesparing op, ondersteunt ultra-hoge rack-densiteiten en vermindert het geluidsniveau in het datacenter.

Bovendien biedt liquid cooling duurzaamheidsvoordelen: gesloten kringloopsystemen verbruiken geen water, terwijl de afgevoerde warmte hergebruikt kan worden, bijvoorbeeld voor gebouwverwarming. Dit maakt liquid cooling niet alleen operationeel aantrekkelijk, maar ook strategisch relevant voor organisaties die hun CO2-voetafdruk willen verkleinen.

Uitdagingen bij de overstap

De transitie naar liquid cooling is niet zonder hobbels. De architectuurverandering is ingrijpend en brengt nieuwe uitdagingen mee op het gebied van vaardigheden, procedures en infrastructuur. Personeel moet worden omgeschoold voor installatie, beheer en onderhoud van vloeistofgekoelde systemen. Lekdetectie en -preventie vereisen nieuwe monitoringprocessen, en de reactietijd bij incidenten is bij liquid cooling veel korter dan bij luchtkoeling.

Daarnaast spelen compatibiliteitsvragen: welke materialen zijn geschikt voor gebruik met koelvloeistoffen? En hoe integreer je nieuwe vloeistofkoelarchitecturen in bestaande luchtgekoelde infrastructuur (retrofitting)? Standaardisatie is hierbij cruciaal om herhaalde uitrol efficiënter te maken en de afhankelijkheid van unieke, first-of-kind implementaties te verminderen.

De markt groeit snel

Marktanalisten voorspellen een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van meer dan dertig procent voor liquid cooling-oplossingen in de komende jaren. Schneider Electric schat dat AI-workloads in de toekomst zeventig procent van alle IT-implementaties zullen uitmaken, en dat driekwart daarvan vloeistofgekoeld zal zijn. De vraag is dan ook niet óf organisaties naar liquid cooling overstappen, maar wanneer.

Voor datacentra die nu investeren in liquid cooling, is schaalbaarheid een kernargument. Moderne CDU-portfolios zijn schaalbaar tot tien megawatt en verder. Er is dan voldoende capaciteit om mee te groeien met de exponentieel toenemende rekenvraag van AI. Liquid cooling is daarmee geen tijdelijke oplossing, maar een strategische infrastructuurkeuze voor de lange termijn.

Schneider Electric en Motivair aan de slag met TeraWulf

Schneider Electric en dochteronderneming Motivair hebben de levering afgerond van AI-infrastructuur voor het in ontwikkeling zijnde Lake Mariner Data Centre van TeraWulf in de staat New York (gelegen aan Lake Ontario). Het project geldt als een van de grootste brownfield-transformaties naar AI-datacenters in de Verenigde Staten. Doelstelling is een CO2 neutrale infrastructuur. Dat is mede mogelijk doordat 93% van de elektriciteit in Niagara uit waterkracht wordt gewonnen. Andere bronnen zoals nucleaire energie leveren de rest.

De voormalige industriële locatie waarop een kolencentrale stond, wordt omgevormd tot een campus die uiteindelijk een capaciteit van tot 750 MW kan ondersteunen. Daarbij wordt gebruikgemaakt van bestaande infrastructuur, waaronder 345 kV-transmissielijnen en een regionaal elektriciteitsnet met voldoende capaciteit. In Niagara is volop waterkracht beschikbaar voor de levering van groene stroom.
De geleverde infrastructuur omvat stroomvoorziening, vloeistofkoeling en digitale intelligentie voor onder andere AI-workloads. De campus richt zich op AI-racks van 100 kW en meer. Schneider Electric versterkte zijn positie op dit vlak door vorig jaar een meerderheidsbelang te nemen in Motivair, de specialist in directe vloeistofkoeling voor AI-datacenters.

Belangrijke klanten voor Lake Mariner zijn operatoren die de infrastructuur (gebouw, koeling, energievoorziening etc) inhuren om er hun eigen datacentrum in te bouwen.

Volgens TeraWulf draait de strategie om schaalbare en energiezuinige infrastructuur voor de snel groeiende vraag naar AI- en HPC-capaciteit. De bouw moet in hoog tempo plaatsvinden: binnen twaalf maanden moeten de vijf speciaal voor AI ontworpen datacentra operationeel zijn.