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Generative KI und EV-Batterien: Warum Flüssigkeitskühlung?

Zuletzt aktualisiert 21. Dez. 2023 | Veröffentlicht am Jul 13, 2023

Generative KI und EV-Batterien: Warum Flüssigkeitskühlung?

Fortschrittliche Technologien wie Hochleistungsbatterien für künstliche Intelligenz (KI) und Elektrofahrzeugbatterien (EV) verbrauchen mehr Strom. Mehr Strom erzeugt mehr Abwärme, so sehr, dass generative KI und Innovatoren von EV-Batterien auf Flüssigkeitskühlung umsteigen. Wir werden untersuchen, warum Flüssigkeitskühlung ein grundlegender Bestandteil dieses Gesprächs ist.

Wärmekapazität von Luft im Vergleich zu Flüssigkeit

Auf der grundlegendsten Ebene hat die Flüssigkeitskühlung eine höhere Kapazität (Cp), Wärme zu absorbieren als die Luftkühlung. Die Wärmekapazität misst, wie viel Energie (Joule) benötigt wird, um eine Masse (Gramm) auf eine bestimmte Temperatur (Kelvin/Celsius) zu erhöhen. Bei Raumtemperatur:

Wasser absorbiert 4-mal so viel Energie wie Luft, um die gleiche Temperatur zu erhöhen.

Cp Luft = 1,0035 J/gK

Cp Wasser = 4,1813 J/gK

Cp Ethylenglykol = 2,36 J/gK

Cp Propylenglykol = 2,5 J/gK

Höhere Wärmekapazität = effizientere Kühlung mit höherer Kapazität.

Dichte von Luft im Vergleich zu Flüssigkeiten

Flüssigkeiten sind viel dichter als Luft. Eine höhere Dichte bedeutet, dass sich in einem definierten Volumen mehr flüssige Masse befindet als Luftmasse. Vergleicht man die Dichte (ρ) von Luft mit Wasser, so ist die Dichte von Wasser um Größenordnungen höher als die von Luft.

Wasser hat die 829-fache Masse der Luft im gleichen Raum! Anders ausgedrückt: Man bräuchte 829 cm³ Luft, um so viel zu wiegen wie 1 cm³ Wasser. Das ist wie ein Spielwürfel, der so viel wiegt wie 9 12-Unzen-Aluminiumdosen.

Dichte Luft = 0,001204 g/cm³

Dichte Wasser = 0,9982067 g/cm³

Höhere Dichte = mehr Kühlleistung in einem definierten Raum.

Höhere Wärmekapazität und Dichte arbeiten zusammen

Der Vorteil der Flüssigkeitskühlung ergibt sich nicht aus ihrer hohen Wärmekapazität oder Dichte. Die Kombination dieser beiden Eigenschaften macht Liquid zu einer leistungsstarken Kühllösung.

Die meisten Anwendungen sind durch die Menge an Platz eingeschränkt, die für die Kühlung zur Verfügung steht. Hier ist ein Beispiel:
Wir werden die Lautstärke konstant halten, um zu vergleichen. Nehmen wir der Einfachheit halber an, wir haben 100cm³.

  • In 100cm³ können wir entweder 0,12 g Luft oder 99,8 g Wasser haben.
  • 0,12 g Luft können 0,12 Joule Energie aufnehmen, bevor sie um 1 Grad Celsius ansteigt
  • 99,8 g Wasser können 417 Joule Energie aufnehmen, bevor es um 1 Grad Celsius ansteigt

Das ist über 3000-mal mehr Wärme, die bei gleichem Volumen absorbiert wird.

Flüssigkeit absorbiert mehr als 3000-mal so viel Wärme wie generative KI-Chips und EV-Batterien im gleichen Raum wie Luft.

Warum wird die Flüssigkeitskühlung nicht für alles verwendet?

Flüssigkeitskühlung kann stärker und schneller kühlen als Luft, bringt aber ihre eigenen Herausforderungen mit sich. Luft ist leicht verfügbar. Luft benötigt nur Ventilatoren, Gebläse, Kanäle oder Luftleitbleche, um den Durchfluss zu steuern. Flüssigkeit ist nicht überall leicht und reichlich vorhanden. Die Flüssigkeitskühlung erfordert Schläuche, Verteiler, Pumpen und Armaturen, um Flüssigkeit zirkulieren zu lassen. Flüssigkeit birgt das Risiko von Leckagen und Wasserschäden, das mit intelligenten Sensoren, Software und Systemredundanzen vermeidbar wäre, aber dies erhöht die Komplexität der Infrastruktur. Eine hohe Dichte bedeutet auch, dass Flüssigkeit im Vergleich zu Luft schwieriger zu bewegen ist. Flüssigkeitssysteme bewegen sich entweder langsamer oder erfordern leistungsstärkere Pumpsysteme.

Innovatoren im Bereich generativer KI und EV-Batterien wenden sich der Flüssigkeitskühlung zu, wenn die thermischen Anforderungen das übersteigen, was mit Luftkühlung machbar ist. Der Bedarf an höherer Leistung überwiegt die zusätzliche System- und Infrastrukturkomplexität von Liquid.

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