Die Jahrtausendwende war vom Gigahertz-Rennen zwischen AMD und Intel geprägt und AMD konnte dieses Rennen für sich entscheiden. Nun zeichnete sich bei Prozessoren ein Wettrennen ab, welcher Anbieter zuerst ein Kilowatt für einen Server-Prozessor benötigt beziehungsweise freigibt.

HPC-GPUs ziehen schon 1.000+ Watt

Bei modernen HPC-Grafikkarten sind 1.000 Watt Leistungsaufnahme bei Nvidia seit Blackwell Realität. Für Nvidias B300 sind sogar 1.300 Watt möglich. Und AMD Instinct MI355X wird bis zu 1.400 Watt konsumieren. Dagegen wirken die 500 Watt eines Epyc 9965 mit 192 Zen-5-Kernen schon genügsam.

Folien nennen 1.000 Watt im Sockel SP 7

Allerdings zeichnet sich auch bei Prozessoren im Serverbereich nun ab, dass die Kilowatt-Marke fällt. HXL hat einen Foliensatz veröffentlicht, der einen Wasserkühler für die zukünftige Plattform SP 7 für AMD Epyc auf Zen-6-Basis zeigt.

Auf einer weiteren Folie wird das Konzept der Wasserkühler für das „kW-Level-Cooling“ verdeutlicht. Zu sehen sind zwei Kühlkreise. Ein Hauptkreis besteht aus der Cold Plate, also dem Wasserkühler für den Prozessor. Das dort erhitzte Wasser wird zum ersten Wärmetauscher (Plate Heat Exchanger) transportiert und gibt dort die Wärme an einen zweiten Kreislauf ab. Das somit herunter gekühlte Wasser wird zu einem Ausgleichsbehälter transportiert und gelangt über die Pumpe zurück zur Cold Plate.

Mit diesem Aufbau soll den Folien zufolge auch Abwärme oberhalb von 1 kW abgeführt werden. Die Diagramme gehen bis 1.500 Watt, wobei der letzte Datenpunkt bei 1.400 Watt steht.

Immer mehr Kerne benötigen auch mehr Energie

Intel und AMD befinden sich aktuell im Serverbereich in einem Kernwettrennen, das AMD mit Zen 2017 und 32 Kernen pro CPU-Sockel gestartet hat. 2019 rüstete AMD dann auf 64 Kerne mit Zen 2 auf. Bei Zen 4 wurde 2023 dann auf 96 Kerne und später auf 128 Kerne auf Basis von Zen 4C erweitert. Zen 6 soll sogar 256 Kerne pro Sockel ermöglichen und Intel verspricht sogar 288 Kerne bei Clearwater Forest. Diese Menge an Kernen möchte auch mit Energie versorgt werden. Bei den aktuell 500 W für einen Epyc 9965X mit 192 Kernen bekommt jeder Kern rechnerisch ein thermisches Budget von knapp 2,6 Watt. Mit den angekündigten 256 Kernen wären es nur noch knapp 2 Watt.

Neben der steigenden Kernanzahl moderner Serverprozessoren muss auch die Entwicklung der Fertigung berücksichtigt werden um den steigenden Verbrauch einzuordnen.

Während der Jahrtausendwende und in den Jahren danach gab es riesige Sprünge in der Fertigungstechnik, wodurch der Energiebedarf trotz steigender Rechenleistung sinken konnte. Seit einigen Jahren werden die Zyklen bei Intel, TSMC und Samsung bei neuen Fertigungsschritten jedoch größer und die Foundry werden auch vor andere Herausforderungen gestellt, sodass diese mit dem Bedarf nach steigender Rechenleistung nicht mehr Schritt halten können.

Zugute kommt der Entwicklung, dass aktuelle HPC-CPU-Packages deutlich größer sind, die Abwärme also über eine größere Fläche abgegeben wird. Der Wärmeübergang von der CPU auf das Kühlsystem ist daher weniger das Problem.