Marktbericht für Immersionskühlung in Rechenzentren: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (Einphasen-Immersionskühlsystem, Zweiphasen-Immersionskühlsystem), Kühlflüssigkeit (Mineralöl, deionisiertes Wasser, fluorierte Kohlenwasserstoffe, synthetische Flüssigkeiten), Anwendung (Hochleistungsrechnen, Edge Computing, Künstliche Intelligenz, Kryptowährungs-Mining, Sonstige Anwendungen) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika), Prognosen 2025–2033

Marktwachstumsfaktoren

Zunahme der Anzahl von Hyperscale-Rechenzentren

Die zunehmende Entwicklung der IT-Infrastruktur in Schwellenländern wie Indien, China und anderen Ländern dürfte die Nachfrage nach Rechenzentren positiv beeinflussen. Der Bedarf an Rechenzentren wird voraussichtlich aufgrund der zunehmenden Verbreitung des Cloud-Modells steigen, das Kosten- und Betriebsvorteile für die IT-Branche bietet. Laut einer Studie von NTT Ltd. gaben über die Hälfte der Befragten (52 %) an, dass die Cloud den größten Einfluss auf die Geschäftsprozesse ihres Unternehmens haben wird. Daher wird der Bedarf an Kühlung für Rechenzentren steigen, was zur Implementierung von Flüssigkeitskühlverfahren entsprechend den Präferenzen der Endnutzer führen wird.

Ein Bericht von Straits Research Advisory and Intelligence zum indischen Rechenzentrumsmarkt prognostiziert ein jährliches Wachstum von 12 Prozent bis 2026. Mehrere Trends und Technologien werden dieses Wachstum beflügeln. Eine aktuelle Umfrage des Uptime Institute ergab, dass 73 % der Rechenzentrumsleiter aufgrund der Pandemie mit einem verstärkten Einsatz von Automatisierung rechnen. Darüber hinaus erwartet ein Drittel, dass die Herausforderungen bei der Personalbeschaffung zu kleineren Betriebsteams führen werden, obwohl die Anzahl der Server weiter steigt.

Private-Equity-Gesellschaften und große Investmentfirmen sicherten sich 2021 durch milliardenschwere Akquisitionen weiterhin einen größeren Anteil am Rechenzentrumsmarkt und planen keine Verlangsamung dieser Entwicklung im Jahr 2022. Solche Investitionen treiben die Marktnachfrage an.

Umgang mit hohem Stromverbrauch

Seit 1990 hat sich der Energieverbrauch für Raumkühlung mehr als verdreifacht und stellt die Stromnetze vor erhebliche Herausforderungen, insbesondere in Spitzenzeiten und bei extremer Hitze. Im Jahr 2020 stieg der weltweite Bedarf an Raumkühlung erneut an, unter anderem aufgrund der verstärkten Nutzung von Kühlgeräten in Wohnhäusern, da sich mehr Menschen länger zu Hause aufhielten. Im Jahr 2020 entfielen rund 16 % des Endstromverbrauchs im Bausektor auf die Raumkühlung (ca. 1885 TWh).

Der Bedarf an einem Kühlsystem für eine höhere Effizienz wird durch klare Indikatoren deutlich, die darauf hindeuten, dass die Rechenzentrumsbetreiber in den letzten Jahren die Rackdichte erhöht haben (laut AFCOM). Darüber hinaus gibt Cisco Systems an, dassDatenspeicherDie Kapazität für Colocation stieg von 250 Exabyte im Jahr 2018 auf 330 Exabyte im Jahr 2019. Der zunehmende Einsatz von Big Data und KI, um nur einige Beispiele zu nennen, hat Unternehmen vor die Herausforderung gestellt, mit einem enormen Datenvolumen zu kämpfen. So hat beispielsweise IBM in den USA vier neue Cloud-Rechenzentren errichtet, um der steigenden Nachfrage nach kognitiven Fähigkeiten gerecht zu werden. Dies dürfte den Einsatz von Kühltechnologien in diesen Rechenzentren begünstigen.

Im Bereich der Energieabsorption taucht die Flüssigkeitskühlung alle elektrischen Komponenten in eine dielektrische Flüssigkeit ein und reduziert so den Energieverbrauch der IT-Systeme um 10 bis 45 Prozent, so das niederländische Startup Asperitas, das Plug-and-Play-Flüssigkeitskühlungsmodule für Rechenzentren anbietet. Asperitas hob außerdem hervor, dass geeignete dielektrische Flüssigkeiten bei gleichem Volumen und gleicher Temperatur etwa 1.500-mal mehr Wärme absorbieren als Luft. All diese Faktoren tragen zum Marktwachstum bei.

Marktbeschränkung

Hohe Investitionen mit höherem Kapitalaufwand

Für große Unternehmen können die Kosten für den häufigeren Austausch ausgefallener Server langfristig günstiger sein als die Kosten für den Betrieb eines Hyperscale-Rechenzentrums bei niedrigeren Temperaturen. Angesichts der zunehmenden Integration von GPUs in Rechenzentren, bedingt durch den Bedarf an höherer Rechenleistung, müssen große Unternehmen jedoch auf effiziente Kühltechnologien umsteigen.

Vergleicht man das Zweiphasen-Immersionskühlsystem mit dem Einphasen-Immersionskühlsystem, so sind die Anschaffungskosten des Zweiphasen-Immersionssystems aufgrund des komplexen technischen Aufbaus deutlich höher. Da die Immersionstechnologie im Vergleich zu Wasser- oder Luftkühlung noch relativ neu ist und sich die Kühltechnologie weiterhin in der Entwicklung befindet, sind die Kosten im Vergleich zu traditionellen Technologien vergleichsweise hoch.

Darüber hinaus sind die Kosten für Kühlmittel auf Fluorkohlenwasserstoffbasis hoch, da diese regelmäßig nachgefüllt werden müssen. Diese Kühlmittel kosten Hunderte von Dollar pro Gallone, was die Gesamtbetriebskosten erhöht und selbst geringe Effizienzgewinne zunichtemacht, ganz zu schweigen von den Gesamtbetriebskosten (TCO). All diese Faktoren hemmen das Marktwachstum.

Marktchance

Deutliches Wachstum der Innovationsaktivitäten zwischen Rechenzentrumsanbietern und Anbietern von Immersionsflüssigkeiten

Die Innovationsaktivitäten zwischen Rechenzentrumsbetreibern und Anbietern von Immersionsflüssigkeiten haben deutlich zugenommen. Digital Reality testet im Rahmen seiner Strategie für digitale Plattformen im Sommer eine einphasige Immersionskühlung. Solche Partnerschaften sind in Zukunft zu erwarten, da die Pandemie den Bedarf an Rechenzentren erhöht hat. Die Möglichkeit, Server dicht beieinander im Tank zu platzieren, ermöglicht eine neuartige Serverarchitektur, die für latenzarme, leistungsstarke Anwendungen und wartungsarmen Betrieb optimiert ist. Für Anwendungen wie autonomes Fahren könnte ein solcher Tank beispielsweise unter einem 5G-Mobilfunkmast mitten in der Stadt installiert werden.

Richtlinien wie die Speicherung von Daten in geografischen Gebieten, in denen die Gesetze des Landes den Datenschutz regeln, dürften die Einführung von Rechenzentren in Regionen vorantreiben, in denen die Immersionskühlung als anfängliche Investition aufgrund der verbesserten Effizienz, des geringeren Platzbedarfs, der reduzierten Wartungshäufigkeit, der niedrigeren Energiekosten und der geringeren Anzahl an mechanischen Teilen im Betrieb hinsichtlich der laufenden Kosten vorteilhaft ist.

Regionalanalyse

Nordamerika hielt den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 26,7 % wachsen. Neuere Technologien werden in Nordamerika schnell adaptiert. Rechenzentrumsbetreiber investieren verstärkt in Direct-to-Chip- und Flüssigkeitskühlungstechnologien. Der weltweite Ausbau von 5G-Netzen, bei dem die USA zu den Vorreitern gehören, hat die Bedeutung von Edge-Rechenzentren deutlich gesteigert. Viele amerikanische Betreiber, darunter EdgePresence, EdgeMicro und American Towers, haben begonnen, in diese Zentren zu investieren.

Laut Cisco Systemsmobile DatenDer Datenverkehr in den USA ist im Laufe der Zeit deutlich gestiegen, von 1,26 Exabyte pro Monat im Jahr 2017 auf 7,75 Exabyte pro Monat im Jahr 2022. Laut Ericsson wird sich dieser Datenverkehr bis 2030 voraussichtlich verdreifachen. Zudem nutzen Privatpersonen und Unternehmen in den USA das Internet immer häufiger. Die USA sind der größte Markt für Rechenzentrumsbetriebe und expandieren aufgrund des steigenden Datenverbrauchs der Endnutzer weiter. Dank der zunehmenden Verbreitung des Internets der Dinge (IoT), einem wichtigen Wachstumstreiber für den US-amerikanischen Markt für Hyperscale-Rechenzentren, können heute mehr Einrichtungen Exabytes an Daten verarbeiten, die sowohl von Unternehmen als auch von Verbrauchern generiert werden.

Markttrends im asiatisch-pazifischen Raum

Der asiatisch-pazifische Raum ist die zweitgrößte Region. Bis 2030 wird ein Marktvolumen von 955 Millionen US-Dollar mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 26,5 % erwartet. Die Rechenzentrumsbranche verzeichnet ein signifikantes Wachstum und konzentriert sich verstärkt auf Effizienz und maximale Verfügbarkeit. China strebt eine führende Rolle im globalen Rechenzentrumsbau an. Große Unternehmen erweitern ihre Rechenzentren, um die Stabilität und Zuverlässigkeit ihrer Datendienste zu gewährleisten. Anwendungen wie 5G, Wearables, das Internet der Dinge (IoT) und künstliche Intelligenz (KI) treiben die Nachfrage nach Rechenleistung rasant an. Da KI und ähnliche Anwendungen in China in verschiedenen Branchen zum Standard werden, halten Beschleunigerprozessoren Einzug in Unternehmensrechenzentren. Technologien, die latenzfrei arbeiten, verarbeiten Informationen mithilfe von Beschleunigersystemen in astronomischen Geschwindigkeiten, was die Anforderungen latenzempfindlicher Dienste weiter erhöht. Diese Hardwarebeschleuniger benötigen eine deutlich höhere Kühlung von 200 Watt oder mehr. Neben einem Hochleistungsserver kann der Kühlbedarf des einzelnen Systems fast 1 kW betragen. Dies treibt den Einsatz von Immersionskühltechnologie in den Rechenzentren der Region voran.

Markttrends in Europa

Europa ist die drittgrößte Region. Die zunehmende Verbreitung von KI, Edge Computing, 5G, reduzierten CO₂-Emissionen und weiteren Technologien in ganz Europa stellt bestehende und neue Rechenzentren vor neue Herausforderungen. Im November 2020 schloss GRC, ein führender Anbieter von einphasigen Immersionskühlsystemen für Rechenzentren, eine neue Partnerschaft mit Total Data Centre Solutions (TDCS), einem Anbieter von unternehmenskritischen Infrastrukturlösungen für Rechenzentren in ganz Europa und den nordischen Ländern, der sich stark auf Energieeffizienz und CO₂-Reduzierung konzentriert. All diese Faktoren tragen zum Marktwachstum bei.

Typen-Einblicke

Der globale Markt für Immersionskühlung in Rechenzentren ist nach Typ in einphasige und zweiphasige Immersionskühlsysteme unterteilt. Das Segment der zweiphasigen Immersionskühlsysteme hatte den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 26,7 % wachsen. Es wird erwartet, dass es im Prognosezeitraum eine CAGR von 31,1 % erreichen wird. Bei der zweiphasigen Immersionskühlung (TPIC) wird die IT-Hardware in einem offenen Behälter gelagert, der mit einem dielektrischen Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt gefüllt ist. Wenn die Hardware den Behälter erwärmt, verdampft die Flüssigkeit, wodurch sich ihr Aggregatzustand ändert und die Wärmeübertragung ermöglicht wird. Die Flüssigkeit verdampft, steigt auf und kondensiert schließlich an einer wassergekühlten Kondensatorschlange, bevor sie ohne Pumpen zurück in den Behälter fließt. Laut Schneider Electric, einem wichtigen Partner in der Lieferkette für Immersionskühlung in Rechenzentren, ermöglicht ein optimiertes System Einsparungen von bis zu 95 % der Kühlenergie bei minimalem Flüssigkeitsverlust. Diese Eigenschaften treiben das Wachstum dieses Segments an.

Einblicke in Kühlflüssigkeiten

Der globale Markt für Immersionskühlung in Rechenzentren ist nach Kühlflüssigkeit in Mineralöl, deionisiertes Wasser, fluorierte Kohlenwasserstoffe und synthetische Flüssigkeiten unterteilt. Mineralöl hatte im Prognosezeitraum den größten Marktanteil. Die Ölimmersionskühlung von Rechenzentren bietet eine höhere Zuverlässigkeit durch gleichmäßige Temperaturverhältnisse im Betrieb, indem sie häufige Betriebsprobleme wie Überhitzung und Temperaturschwankungen im System, Lüfterausfälle in Servern, Lärm, Staub, Luftqualität, Korrosion und elektrochemische Migration minimiert. Mineral- und Weißöle wurden als Dielektrikum für die Immersionskühlung von Servern eingesetzt. Probleme mit der Materialverträglichkeit, Inkonsistenzen in der Qualitätskontrolle und niedrigere Flammpunkte führten jedoch dazu, dass die IT-Branche von deren Verwendung abrückte. Diese Eigenschaften treiben das Marktwachstum an.

Anwendungseinblicke

Nach Anwendungsbereich ist der globale Markt für Immersionskühlung in Rechenzentren in Hochleistungsrechnen unterteilt.Edge-ComputingKünstliche Intelligenz, Kryptowährungs-Mining und weitere Anwendungen sind Beispiele für High-Performance-Computing (HPC). Dieses Segment hatte im Prognosezeitraum den größten Marktanteil. Um die Expansion zu fördern, ist Immersionskühlung ideal für die Kühlung GPU-beschleunigter Server. Sie kann bis zu 100 kW pro Rack verarbeiten, fast das Zehnfache der Leistung mancher luftgekühlter Racks. Dadurch können immersionsgekühlte Racks voll mit GPU-basierten Servern bestückt werden. Da die Leistungs- und Wärmelasten in Rechenzentren stetig steigen, benötigen diese immer ausgefeiltere Kühllösungen wie Immersionskühlung, um den Anforderungen gerecht zu werden. Im November 2020 wurde Asperitas von Shell mit der Modernisierung der Infrastruktur für Shells HPC-Cluster in Amsterdam beauftragt. Die Implementierung der AIC24-Lösung erfüllt die Anforderungen des HPC-Teams von Shell an effizientes High-Density- und Performance-Computing auf System- und Serverebene in einer nachhaltigen Rechenzentrumsumgebung. Das System unterstützt sowohl CPU- als auch GPU-basierte Anwendungen und bietet die Flexibilität, schnell mit zukünftigen Anforderungen und Hardwaregenerationen zu skalieren.