Bedingt durch die Leistungssteigerung von Zentraleinheiten (CPU) und die höhere Packungsdichte von Chips erzeugen CPUs, Motherboards sowie leistungsfähige Grafikkarten und Speicher steigende Verlustleistungen. Da die Kompaktheit von Systemkomponenten rapide angestiegen ist, stellt sich in zunehmendem Maße das Problem der Wärmeableitung an Prozessoren in Personal Computern (PC), vor allem in Racks und somit in Rechenzentren.

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CPU-Lüfter und Kühlkörper, Foto: FDM-Ware

Generell kann die Kühlung aktiv oder passiv erfolgen, wobei sich die verschiedenen Kühlmethoden nach ihrer Effizienz klassifizieren lassen. So basiert die passive Kühlung auf Konvektion und Konduktion, die aktive arbeitet mit Lüftern und Luft-Wasserkühlung.

Da die passive Kühlung an Prozessoren durch Kühlkörper, Wärmeverteilbleche und Luftzirkulation ab einer bestimmten Verlustleistung zur Wärmeabfuhr nicht mehr ausreicht, muss in diesen Fällen mit aktiver Kühlung gearbeitet werden. Dabei sorgen Kühlkörper mit Wärmeleitpaste, Wärmeleitpads, Heatspreader, Heatpipes, Lüfter oder Peltierelemente für die Wärmeabfuhr.

Axial-Lüfter, Foto: Lieske-Elektronik

In Gestellschränken sorgen bautechnischen Maßnahmen für eine schnelle Wärmeabfuhr. Diese kann über den Kamineffekt erfolgen oder mit Lüftern, die über entsprechende Luftzu- und -abfuhr für den Temperaturausgleich sorgen. Daneben gibt es die Möglichkeit Wärme mit Heatpipes ohne Lüftergeräusche abzuführen. Anders verhält es sich in Schränken, wo in einem voll mit Servern bestückten Rack die Wärmeabfuhr nicht mehr allein durch Luftkühlung erfolgen kann. Die Luftkühlung erreicht bei einem 2-m-Rack bei einer Verlustleistung von 6 kW ihre Grenzen. Für diese Fälle kann anstelle der Luft-Flüssigkeitskühlung eingesetzt werden. Bei diesen Systemen erfolgt die Verteilung der Kühlflüssigkeit im Rahmenprofil des Racks. Für Rechenzentren wird die Kühlung eine echte Herausforderung durch die Ermittlung des tatsächlichen Külbedarfs und der Implementierung einer bedarfsgerechten und erweiterbaren Kühllösung. In diesem Umfeld kommen Kombinationen unterschiedlicher Kühltechniken zum Einsatz.

Als Richtlinie für die Luftkühlung und das Thermal Management gibt es die IEC-Empfehlung 62194, in der Maßnahmen für die Wärmeabführung aus Schränken spezifiziert sind.

Mit der besseren Energieausnutzung und unter dem Aspekt von Green-IT gibt es mit Energy Harvesting einen Ansatz mit dem auch die Abwärme der Computersysteme mittels Thermoellektrik in elektrische Energie für die Kühlung gewandelt werden kann.