Ein zentraler Aspekt beim Thema Energieeffizienz von Rechnern ist die Kühlung von Computern. Bis zu 50 Prozent der Energie werden nämlich nicht für die Rechenleistung selbst, sondern für die notwendige Kühlung der Systeme verbraucht. Das grundsätzliche Problem ist hierbei folgendes: Ein Computerchip entwickelt zehnmal mehr Wärme als eine Kochplatte auf der gleichen Fläche. Ungekühlt überhitzt er innerhalb von Sekunden. Ergebnis: Er ist defekt.

Für einen sicheren Betrieb muss der Chip stetig unter 85 Grad Celsius gekühlt werden. Meistens wird für die Kühlung Luft verwendet. Das ist in punkto Wärmeableitung nicht optimal, als Luft eigentlich ein schlechter Wärmeleiter ist. Besser eignet sich Wasser, da es Wärme 4000-mal effizienter als Luft speichert. Zudem kann Wasser die Wärme hervorragend transportieren.

Allerdings muss das Kühlsystem hermetisch dicht sein, damit Wasser und Elektronik nicht in Berührung kommen. Bei Aquasar bringen die Forscher die Wasserkühlung so direkt wie möglich an die Wärmequelle - den Chip - heran. Sie setzen leistungsfähige Mikrokanalkühler ein, die auf der Rückseite des Chips angebracht werden. Dank der Kühler können die Chips selbst mit bis zu 60 Grad Celsius heißem Wasser noch auf Betriebstemperatur gekühlt und wertvolle Abwärme gewonnen werden. Damit man die Wärmeenergie, die man von den Prozessoren wegleitet, am effizientesten nutzen kann, muss die Temperatur der Abwärme möglichst hoch sein. Prinzipiell gilt: Je heißer die Wärmeenergie desto wertvoller.

Wärme als wertvolle Ressource

Die gesamte Kühlung ist ein geschlossener Kreislauf. Das System benötigt etwa zehn Liter Wasser, wobei eine Pumpe einen Durchfluss von 30 Litern pro Minute garantiert. Die Abwärme wird durch einen Wärmetauscher an die Gebäudeheizung abgegeben. «Wärme ist ein wertvolles Gut, auf das wir angewiesen sind und das wir täglich teuer kaufen. Indem wir Abwärme von den aktiven Bauteilen eines Computersystems so direkt und effizient wie möglich abtransportieren, können wir sie als Ressource wieder verwenden", erklärt Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging des IBM Forschungslabors Zürich. So spare man Energie und senke den CO2-Ausstoss. Mit dem Aquasar-Projekt unternähmen IBM und die ETH Zürich wichtige Entwicklungen hin zu nachhaltigen, emissionsneutralen Rechenzentren, so Michel weiter.