Strom und Kühlung für Rechenzentren: Warum das Netz und der Chip die Grenzen setzen

Zwei Nachrichten aus derselben Woche fassen den Stand der Stromversorgung und Kühlung von Rechenzentren zusammen. Die eine spielt auf der Erde und handelt von Geld. Die andere ist klein, experimentell und wird den Planeten verlassen.

Das US-Energieministerium kündigte diese Woche an, 5,25 Milliarden Dollar in den Ausbau der Netze zu stecken: 1,9 Milliarden Dollar aus Bundesmitteln und 3,35 Milliarden Dollar aus Kostenbeteiligungen. The Register berichtete am 25. September, das Programm umfasse 31 Projekte in 26 Bundesstaaten im Rahmen der SPARK-Initiative des Ministeriums. Die Bundesmittel stammen aus dem Programm Grid Resilience and Innovation Partnerships.

Die Projekte erzeugen keinen zusätzlichen Strom. Sie sollen mehr aus dem herausholen, was bereits gebaut ist. Dafür werden mehr als 1.500 Meilen Übertragungsleitungen umgebaut oder erneuert. Auf 21.000 Meilen Netzinfrastruktur installiert das Ministerium Sensoren, Leistungsflussregler und Analysewerkzeuge. Das Energieministerium erklärt, dies verbessere die Zuverlässigkeit und senke die Stromkosten für rund 100 Millionen Amerikaner.

Warum ist das für Rechenzentren wichtig? Betreiber wollen große Lasten schneller anschließen, als das Netz sie aufnehmen kann. The Register zitierte Anfang September eine Warnung von Moody's: Der Bau von Rechenzentren laufe schneller, als das US-Netz die nötige Kapazität zubauen könne. Moody's schätzt, dass der Stromverbrauch von US-Rechenzentren bis 2030 auf 426 TWh steigt, fast doppelt so viel wie 2025. Das ist die Strommauer in einer Zahl.

Stromerzeugung vor Ort ist eine Antwort, und sie kann schiefgehen. Ars Technica berichtete am 24. September, New Jersey habe den Betreiber eines geplanten Rechenzentrums an der Ostküste mit 1,1 Millionen Dollar bestraft. Er hatte heimlich Gasgeneratoren ohne Genehmigungen installiert und betrieben.

Die Details sind konkret. DataOne hatte 62 Gasgeneratoren am Standort. Wärmebildaufnahmen einer Drohne, die The Guardian und Floodlight News im August beschafften, zeigten 45 davon im Betrieb, so Ars Technica. Die Generatoren liefen mit 1.982 Kilowatt Leistung, weit über der Schwelle von 37 Kilowatt, ab der New Jersey eine Genehmigung verlangt. Das Umweltministerium des Bundesstaates erklärte, solche Generatoren stießen Kohlendioxid, Stickoxide, Kohlenmonoxid und andere Verbrennungsrückstände aus.

DataOne hatte 45 Tage Zeit, Genehmigungen zu beantragen oder den Betrieb einzustellen. Die Motoren darf das Unternehmen weiterlaufen lassen, solange das Verfahren läuft. Ein Sprecher sagte der New York Times, man werde Luftgenehmigungen für die temporären Generatoren beantragen. Die Strafe hält das Unternehmen für falsch und verweist darauf, dass der Standort auf emissionsarme Brennstoffzellen umstellt. Anwohner, die die Times zitierte, gaben sich damit nicht zufrieden. Sie fragten, was sie eingeatmet hätten und warum die Durchsetzung sechs Monate gedauert habe.

Dann ist da die andere Richtung: die Rechenleistung ganz vom Netz nehmen. Googles Project Suncatcher soll testen, ob KI-Hardware im Orbit laufen kann. Der erste Satellit namens MVP soll am 1. Oktober an Bord einer SpaceX Falcon 9 starten, berichtete Ars Technica am 24. September. Der Satellit ist etwa so groß wie ein Kühlschrank und trägt vier der eigens von Google entwickelten TPU-Beschleuniger. Solarpaneele mit rund einem Kilowatt Leistung versorgen ihn.

Die Kühlung ist der schwierige Teil. Tom's Hardware berichtete am 26. September, die Chips liefen nur etwa 15 Minuten, dann müssten sie abschalten, damit die Radiatoren hinterherkommen. Googles Entwurf nutzt ein thermisches Interface-Material, das die Chips mit Wärmerohren aus Aluminium und Kupfer verbindet. Diese leiten die Wärme in einen Radiator, der sie in den Weltraum abstrahlt. Strahlung ist ein weiteres Problem: Sie kann Bits umkippen. Google startet die Chips deshalb regelmäßig neu.

Die Größenordnung ist der andere Vorbehalt. Ein Kilowatt reicht für eine Mikrowelle, nicht für eine Rechenzentrumshalle. James Manyika, Senior Vice President of Research bei Google, sagte der New York Times, das Unternehmen erwarte in den nächsten Jahren nichts, was nützlich in Betrieb gehen könne. Er verglich die Anstrengung mit der Arbeit an fahrerlosen Autos, die etwa 15 Jahre vor dem ersten Auslieferungserfolg getestet wurde. Google plant weiterhin ein Satellitenpaar für 2027 und hat Flotten von mehr als 80 Satelliten ins Gespräch gebracht.

Für alle, die heute ein Rechenzentrum am Boden betreiben, ist die praktische Lehre weniger exotisch. Netzkapazität wird am Rand erweitert, nicht über Nacht neu gebaut. Stromerzeugung vor Ort birgt Genehmigungsrisiken. Auch die erneuerbare Versorgung hat Grenzen: Data Center Knowledge merkte an, dass Wind und Sonne vom Wetter abhängen und Speicher teuer ist. Die meisten Standorte brauchen deshalb weiterhin konventionellen Strom als Backup oder Ergänzung. Googles 15-Minuten-Einsätze im Orbit sind ein Forschungsergebnis, keine Roadmap.