KI-Infrastruktur: Jetzt kommen die Lego-Rechenzentren

In einer kleinen Fabrikhalle im Osten der Niederlande schrauben, hämmern und löten gut 40 Arbeiter für den amerikanischen IT-Konzern Hewlett Packard Enterprise (HPE) möglicherweise an der Zukunft einer ohnehin schon zukunftsträchtigen Branche. Vier graue Metallcontainer stehen in der Halle. Drumherum lagern viele schwarze Wasserrohre, Schaltschränke und Kabelrinnen. Bisher sehen einige der Container eher aus wie überdimensionierte Garagen. In anderen lässt sich schon der 1,25 Meter breite Korridor auf der rechten Seite erahnen, in dem einmal 16 Serverschränke, sogenannte Racks, stehen sollen – und in ihnen die neuesten Server für Künstliche Intelligenz (KI), welche die IT-Branche zu bieten hat.

Im Rennen um die Vorherrschaft in der KI hat sich ein zentrales Nadelöhr herauskristallisiert: Rechenkapazitäten. Um KI-Modelle zu betreiben und vor allem um sie zu trainieren, sind moderne Rechenzentren nötig. Deshalb wollen allein die Techkonzerne Meta, Microsoft, Alphabet und Amazon in diesem Jahr 650 Milliarden Dollar investieren – zu einem Großteil in KI-Rechenzentren. Die Anschlussleistung der amerikanischen Rechenzentren werde sich bis 2030 auf 95 Gigawatt fast verdoppeln, berechnete der Digitalverband Bitkom im vergangenen Jahr.

Auch die Bundesregierung hat gerade eine Rechenzentrumsstrategie vorgestellt. Dem Papier zufolge sollen die Rechenzentrumskapazitäten in Deutschland bis zum Jahr 2030 mindestens verdoppelt werden. KI-Anwendungen sollen gar vervierfacht werden. Aller Ziele zum Trotz kommt der Infrastrukturausbau dem von den KI-Anbietern erwarteten Bedarf bislang kaum hinterher.

Da kommen die Container ins Spiel, die das auf den komplexen Containerbau spezialisierte niederländische Unternehmen Contour Advanced Systems hier in Varsseveld zusammenbaut. Die Ingenieure von Contour planen die Container zusammen mit den HPE-Kunden und liefern sie schlüsselfertig ab. HPE kümmert sich um die IT. Die Mitarbeiter von Contour statten sie schon in der Fabrik mit Serverschränken, der Stromverteilung, Kühlung und Brandschutzeinrichtungen aus.

Die Container-Rechenzentren können draußen wie drinnen installiert werden und über bis zu 1,5 Megawatt Anschlussleistung verfügen. Das ist für ein Containerrechenzentrum viel, vor zehn Jahren galten in Deutschland Rechenzentren mit einer Kapazität von 10 Megawatt noch als groß. Inzwischen plant aber allein der Facebook-Konzern Meta für sein KI-Rechenzentrum „Hyperion“ in Louisiana mit einer Leistung von 5 Gigawatt.

Aber: „Die Planung und der Bau herkömmlicher Rechenzentren aus Beton dauert üblicherweise drei Jahre“, sagt Malte Matthies, der für HPE das modulare Rechenzentren-Geschäft verantwortet. In dieser Zeit seien angesichts des aktuellen Entwicklungstempos womöglich schon zwei neue KI-Chipgenerationen auf dem Markt, die das ursprünglich geplante Rechenzentren-Design obsolet machten.

Die modularen Rechenzentren könnten hingegen schon in der Fabrik gebaut werden, während parallel noch das Grundstück vorbereitet würde. Dieses Vorgehen dauere zwischen sechs und acht Monaten, sei zudem auch deutlich platzsparender. Für die gleiche Rechenkapazität bräuchten die Container teils zehnmal weniger Platz als herkömmliche Installationen.

Besonders auf großen Rechenzentren-Märkten wie Frankfurt, Amsterdam, London und Paris sind geeignete Flächen längst knapp geworden. Und Rechenzentren brauchen nicht nur Platz, sondern müssen im Idealfall auch nahe an großen Internetknotenpunkten liegen und Zugang zum Stromnetz besitzen. Gerade die Stromversorgung ist zum Problem geworden. Der energiepolitische Thinktank Ember berichtet, dass der Anschluss von Rechenzentren ans Stromnetz in den großen Hubs heute durchschnittlich sieben bis zehn Jahre dauert.

Modulare Rechenzentren sind deutlich flexibler, sagt Matthies. Die unterschiedlichen Strom-, Kühlungs- und Rechenzentrenmodule ließen sich je nach Anforderungen „wie Legosteine“ miteinander kombinieren und auch nach der Installation schnell austauschen oder ergänzen. Sie könnten dort angesiedelt werden, „wo die Elektronen sind“ – in der Nähe stillgelegter Kraftwerke, bei Wasserkraftwerken oder Industrieparks, die schon über Anschlüsse mit mehreren Megawatt verfügen.

Zum Kostensparen sind die Container-Rechenzentren nur bedingt geeignet. Die IT-Hardware macht zwischen 85 und 90 Prozent der Kosten eines Rechenzentrums aus. Für die verbleibenden 10 bis 15 Prozent an Standortkosten fallen laut HPE aber immerhin gut ein Drittel weniger Ausgaben an.

Modulare Rechenzentren, auch solche in Containern, sind grundsätzlich keine neue Erfindung. Doch die Künstliche Intelligenz bringt ganz neue Herausforderungen mit sich. Sie benötigt spezielle Hochleistungschips, welche die sogenannte Leistungsdichte je Rack erheblich erhöht. Normale Server kommen mit etwa zehn Kilowatt aus, darauf sind auch die meisten älteren Rechenzentren ausgelegt. Ein KI-Server-Rack benötigt eher 120 Kilowatt – Tendenz steigend. Nvidia hat sogar schon KI-Server-Racks mit einem Megawatt je Rack in Aussicht gestellt.

Diese Entwicklung erhöht nicht nur den Stromverbrauch, sondern auch den Kühlungsbedarf. Um das in einem Container abbilden zu können, hat HPE zusammen mit Contour in den vergangenen Jahren viel getüftelt. „Normale Rechenzentren sind auf eine solche Leistungsdichte nicht ausgelegt“, sagt Matthies. Man könne diese zwar umbauen, das sei bei laufendem Betrieb aber eine „OP am offenen Herzen“ und aufwendig.

Die neueste Technik von HPE kann Racks mit einem Bedarf von bis zu 400 Kilowatt kühlen. Dafür setzt der Konzern wie die ganze Branche nicht auf die lange Zeit weitverbreitete Luftkühlung, sondern kühlt die Server direkt mit Wasser. „Die direkte Wasserkühlung wird zum absoluten Standard werden“, ist Matthies überzeugt.

Zumal die Wasserkühlungssysteme die Abwärme der Server gut nutzbar machen. Sie produzieren 40 bis 50 Grad Celsius heißes Wasser, das beispielsweise in Fernwärmenetze eingespeist werden könnte; dafür müsste das Wasser allerdings zusätzlich erhitzt werden. Betreiber von ab Juli ans Netz gehenden Rechenzentren sind in Deutschland durch das sogenannte Energieeffizienzgesetz ohnehin dazu verpflichtet, mindestens zehn Prozent ihrer verbrauchten Energie wiederzuverwenden.

Der Markt für modulare Rechenzentren gilt als großes Wachstumsgeschäft. Auch Dell, der französische Konzern Schneider Electric und Huawei mischen mit. In Europa hat beispielsweise die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ihren Supercomputer im italienischen Frascati in Containern aus Varsseveld untergebracht.

Für das französische Verteidigungsministerium hat HPE in Containern „Asgard“ bauen lassen, den größten in Europa stehenden Supercomputer für geheime militärische Zwecke. Insgesamt habe HPE im vergangenen Jahr in Europa zehn Projekte mit jeweils mehreren Megawatt IT-Leistung realisiert, sagt Matthies. Die meiste Nachfrage komme noch aus der Forschung und nicht von Unternehmen.

In einem der Container legt ein Arbeiter gerade die Kabel, die später einmal die sehr energiehungrigen Rechenmaschinen mit Strom versorgen werden. Die 12 Tonnen schweren Container aus der Fabrikhalle sollen in nur wenigen Monaten mit einem Lastwagen und per Schiff ins britische Sheffield transportiert werden. Dort werden sie mithilfe von Kränen für das KI-Infrastruktur-Start-up Era4 installiert und ans Stromnetz angeschlossen. Bis dahin ist noch einiges zu tun.