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Neue Ansätze machen Rechenzentren effizienter

Abschied vom Data-Center alter Prägung

02. Februar 2009, 10:28 Uhr   |  Bernd Reder | Kommentar(e)

Abschied vom Data-Center alter Prägung

Die Infrastruktur des klassischen Rechenzentrums wird sich in den nächsten Jahren grundlegend ändern. Verantwortlich dafür sind vor allem Entwicklungen wie die steigenden Stromkosten, die wachsende Bedeutung des Umweltschutzes und neue Anforderungen an das Rechenzentrum selbst durch Technologien wie Cloud-Computing und Virtualisierung.

Die Kaltgang-Schottung von Rittal trennt Kalt- und Warmgang voneinander und führt den Servern gezielt die kalte Luft zu. Die Ausgangstemperatur kann deshalb einige Grad höher liegen, was erheblich Energie spart.
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Die Kaltgang-Schottung von Rittal trennt Kalt- und Warmgang voneinander und führt den Servern gezielt die kalte Luft zu. Die Ausgangstemperatur kann deshalb einige Grad höher liegen, was erheblich Energie spart.

Beim Umluft-Klimasystem sitzt der Ventilator im Doppelboden. Der Vorteil: Es ist mehr Platz für einen größeren Kühlkörper vorhanden. Das wiederum führt zu einer höheren Kühlleistung als bei einer Lösung, bei der ein Ventilator über dem Doppelboden ar
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Beim Umluft-Klimasystem sitzt der Ventilator im Doppelboden. Der Vorteil: Es ist mehr Platz für einen größeren Kühlkörper vorhanden. Das wiederum führt zu einer höheren Kühlleistung als bei einer Lösung, bei der ein Ventilator über dem Doppelboden arbeitet.

Überwachung im Rechenzentrum: Mit dem CMC-TC lassen sich auch drahtlose Sensoren anbinden und auf diese Weise schwer erreichbare Stellen im Data-Center kontrollieren.
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Überwachung im Rechenzentrum: Mit dem CMC-TC lassen sich auch drahtlose Sensoren anbinden und auf diese Weise schwer erreichbare Stellen im Data-Center kontrollieren.

In »Bio Racks« sollen umweltverträgliche, nachwachsende und leicht abbaubare Materialien zum Einsatz kommen, wie Holzfasern, Hanf, Sisal oder biologische Polymere.
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In »Bio Racks« sollen umweltverträgliche, nachwachsende und leicht abbaubare Materialien zum Einsatz kommen, wie Holzfasern, Hanf, Sisal oder biologische Polymere.

Rechenzentren sind einem ständigen Wandel unterworfen. Vor 20 Jahren wurden die Rechnerräume häufig noch von großen, zentralen Mainframe-Systemen beherrscht. In den letzten zehn Jahren gewannen dagegen Server auf Basis der 19-Zoll-Technik die Überhand.

Diese basiert auf genormten Schränken für den Einbau von IT-Komponenten und ermöglicht so den modularen Aufbau flexibler IT-Infrastrukturen. Ist ein Server in die Jahre gekommen, so reicht es aus, ihn aus dem Schrank zu ziehen und durch ein modernes System zu ersetzen. Der Vorteil dabei: Das IT-Grundgerüst, also Schränke, Kühlung und Stromversorgung, bleibt bestehen.

Heute setzen sich in den Rechenzentren zunehmend Blade-Server durch, die in Slots in einem Blade-Center innerhalb des 19-Zoll-Schranks arbeiten. Diese Systeme bieten eine große Rechenleistung, benötigen aber dennoch wenig Platz. Damit sind Administratoren in der Lage, immer mehr »Rechen-Power« auf kleinstem Raum unterzubringen. Diese Entwicklung hin zu mehr Leistung pro Server – und damit pro Schrank – wird sich weiter fortsetzen.

Recycling nicht vergessen

Derzeit gewinnen aber auch andere Entwicklungen Einfluss auf die IT-Infrastruktur. Zum einen ist das der ungebremste Bedarf an Rechenleistung, und damit verbunden der wachsende Stromverbrauch bei steigenden Stromkosten. Zum anderen werden ökologische Faktoren wichtiger, etwa der CO2-Ausstoß sowie die Nutzung umweltverträglicher Materialien und deren Wiederverwertbarkeit, Stichwort Recycling.

Je mehr Rechenleistung eine IT-Infrastruktur zur Verfügung stellen muss, desto mehr Strom verbraucht sie auch. Administratoren müssen dabei nicht nur die Leistungsaufnahme der IT-Komponenten selbst berücksichtigen, sondern auch die Energie für die Kühlung. Vor allem in Rechenzentren mit einer hohen »Packungsdichte« von Geräten kann sich das zu einem handfesten Problem auswachsen. Für das Rechenzentrum der Zukunft ist die Kühlung deshalb ein besonders wichtiges Thema.

Heute sind viele Firmen und Organisationen ohne Rechner und IT-Systeme nicht mehr überlebensfähig. Daran wird sich nichts ändern, im Gegenteil: Die Abhängigkeit von der Informationstechnik wird zunehmen.

Das bedeutet jedoch nicht, dass auch die IT-Abteilungen wachsen. Vielmehr werden weniger IT-Mitarbeiter die Verantwortung für immer mehr Rechnersysteme übernehmen. Deshalb steigt die Bedeutung der Überwachungs-, Service- und Wartungsmöglichkeiten im Rechenzentrum.

Höhere Packungsdichten und wiederverwertbare Materialien

Wie sehen die Technologien aus, die in etwa fünf Jahren im Rechenzentrum zum Einsatz kommen? Zum einen ist davon auszugehen, dass Rechnersysteme trotz steigender Leistung immer weniger Platz in Anspruch nehmen. Die Packungsdichte wird also, ebenso wie die IT-Performance, weiterhin zunehmen. Gleichzeitig wandeln sich die eingesetzten Komponenten grundlegend.

Das fängt bei den Racks an: Da die Energiekosten steigen und die Ressourcen begrenzt sind, besteht ein zunehmender Bedarf, nachwachsende Rohstoffe in den Produkten zu verwenden und gleichzeitig die Entsorgung der Komponenten im Auge zu behalten.

Bei Serverschränken bedeutet das, dass die Hersteller dazu übergehen werden, umweltverträgliche, nachwachsende und leicht abbaubare Materialien für Schränke, Schrankteile und Zubehör zu verwenden. Rittal beispielsweise arbeitet an einem »Bio Rack«, bei dem natürliche Füllstoffe zum Einsatz kommen. Dazu zählen Holzfasern, Hanf, Sisal oder Flachs sowie biologische Polymere, die aus Stärken, Ölen und Proteinen gewonnen werden.

Die in der IT geforderten Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit, Stabilität und schwere Entflammbarkeit stellen in diesem Zusammenhang ein Problem dar, das mithilfe von Additiven gelöst werden muss.

Kühlung im Rechenzentrum

Die Kühlung wird eine immer größere Herausforderung für Rechenzentren und deren Betreiber. Besonders wichtig ist es, den tatsächlichen Kühlbedarf zu erfassen, künftige Entwicklungen mit einzuplanen und eine bedarfsgerechte, erweiterbare Kühllösung zu implementieren. In der Regel wird es so sein, dass die IT-Verantwortlichen eine Kombination unterschiedlicher Techniken wählen und somit eine Lösung erhalten, die auf ihr Unternehmen zugeschnitten ist.

Zur effizienten Klimatisierung ist es grundsätzlich sinnvoll, den Warm- und Kaltgang voneinander zu trennen. Unterbleibt das, kommt es häufig zu Verwirbelungen zwischen warmer und kalter Luft, und das geht zu Lasten der Effizienz. Damit die Server auch in diesem Fall ausreichend kalte Luft erhalten, muss die Zuluft auf eine niedrigere Temperatur herunter gekühlt werden als eigentlich notwendig.

Wird jedoch der Kalt- vom Warmgang abgeschottet, kann die Zuluft-Temperatur einige Grad höher liegen. Und das spart Energie. Dieses Klimakonzept wird sich in Zukunft in immer mehr Rechenzentren durchsetzen. Durch eine Kombination von Systemen, beispielsweise Gang-Schottung plus Umluft-Klimasystem, lassen sich Lösungen für individuelle Anforderungen schaffen

Zudem werden andere Technologien beim Umsetzen von Kühlkonzepten zum Zuge kommen, etwa die Nutzung der Erdwärme oder –kälte oder das »Free-Cooling«, also das Erzeugen von Kälteleistung mithilfe kalter Außenluft. Eine solche Lösung kommt beispielsweise beim Computerversandhandel Alternate zum Einsatz. Das Unternehmen aus dem hessischen Linden vertreibt mehr als 20.000 Produkte über ein eigenes Callcenter und den Web-Shop www.alternate.de.

Zur Kühlung des Rechenzentrums im neuen Logistik-Zentrum nutzt das Unternehmen Geothermie. Denn in 100 Metern Tiefe herrschen das ganze Jahr über Temperaturen von acht bis zehn Grad. Ist die Kühlung über Geothermie nicht möglich, springt die Kaltwassererzeugung ein, also eine Freikühlung beziehungsweise ein Chiller. Zudem wird die Abwärme der Server zum Heizen der Gebäude genutzt, was erheblich Energie und Kosten einspart.

Umweltfreundliche Energie

Der Einsatz umweltverträglicher Systeme, Stichwort Green-IT, macht nicht bei leistungsfähigen Kühlsystemen halt. Ein Bestandteil eines Green-IT-Konzepts ist auch die Verwendung umweltfreundlicher Energieformen.

So wird Rittal ab diesem Jahr Brennstoffzellen in Serie fertigen. Diese haben mehrere Vorteile: Dazu gehören geringe Wartungs- und Servicekosten, eine hohe Autarkie, der flexible Aufbau sowie lange Autonomiezeiten.

Da als Nebenprodukte lediglich Wärme und Wasser entstehen, sind die Systeme zudem extrem schadstoffarm und umweltfreundlich. In der IT können Brennstoffzellen statt herkömmlicher Batterien in USV-Anlagen zur Notstromversorgung eingesetzt werden.

Die Verwaltungstools von morgen

Nicht nur die Struktur von Rechenzentren und die Zusammensetzung der einzelnen IT-Komponenten sind derzeit im Wandel begriffen, sondern auch die Verwaltung der Systeme. In diesem Zusammenhang ist zunächst das Energiemanagement zu nennen.

Es dient dazu, den Stromverbrauch im Rechenzentrum transparent zu machen, um durch Optimierung Energie einzusparen. Das funktioniert nur dann, wenn alle Energieverbraucher mit ihrem Leistungsbedarf rund um die Uhr erfasst werden. Zudem müssen Regeln und Maßnahmen erarbeitet und umgesetzt werden. Weitere Schritte sind das Ableiten organisatorischer Schritte und die Visualisierung von Kosten und Emissionen.

Um Verbrauchswerte zu ermitteln, eignen sich vor allem Überwachungssysteme. Solche Geräte kommen bereits heute in vielen IT-Infrastrukturen zum Einsatz. Sie dienen beispielsweise dazu, um Parameter wie Temperatur (wichtig zum Bestimmen der Effizienz der Kühlanlage) und die Luftfeuchtigkeit im Auge zu behalten, mithilfe von Bewegungsmeldern und Kameras den Zugang zu IT-Systemen abzusichern oder um in kritischen Situationen Alarm auszulösen.

Drahtlose Sensoren überwachen schwer zugängliche Systeme

Lässt sich ein solches System um Komponenten zum Erfassen des Stromverbrauchs erweitern, erhalten die Administratoren alle zur Energieverwaltung erforderlichen Informationen an einer zentralen Stelle. Diese Daten lassen sich nutzen, um die Leistungsaufnahme des Rechenzentrums zu verbessern.

Bei leistungsfähigen Überwachungssystemen wie dem »Computer Multi Control - Top Concept« (CMC-TC) lassen sich auch drahtlose Sensoren anbinden. Das ermöglicht die Überwachung von Geräten, die sich an unzugänglichen oder weit entfernten Stellen befinden, ohne dass dazu Kabel verlegt werden müssen.

Auch das Server- und IT-Management wird sich in großem Stile ändern. Gegenwärtig laufen die Verwaltung der Server- und IT-Infrastrukturen parallel. Das heißt, das Tool zum Infrastrukturmanagement hat keine Kenntnis der gerade aktiven IT-Prozesse, also der Auslastung der Server. Die Lösung für das Servermanagement wiederum weiß nichts über den Status der Energiebereitstellung und der Kühlung.

Deswegen haben IT-Manager Schwierigkeiten, wenn es darum geht, alle Ressourcen bedarfsgerecht einzusetzen, Prozesse zu regeln und so eine ganzheitliche Kontrolle über das Rechenzentrum auszuüben.

Dienste und IT-Infrastruktur verknüpfen

Die Herausforderung besteht darin, eine automatisierte Verknüpfung zwischen Anwendungen und Diensten einerseits und der IT-Infrastruktur andererseits zu schaffen. Das könnte beispielsweise mithilfe von RFID-Etiketten (Radio Frequency Identification) und einer intelligenten IT-Infrastruktur-Management-Software möglich werden.

Damit ließen sich die Server beim Einbau ins Rack genau identifizieren, sodass die Administratoren jederzeit wissen, welches System sich wo befindet und wie viel freier Platz noch in einem Schrank vorhanden ist. Alle Informationen über Änderungen an der Hardware würden automatisch beim Managementsystem der IT-Infrastruktur landen.

Wenn dieses nahtlos mit der Servermanagementlösung zusammenarbeitet, haben die IT-Mitarbeiter einen zentralen Informationspool, der alle Daten enthält, von den Prozessen bis hin zu sämtlichen Verbrauchswerten.

Auf diese Weise wird es beispielsweise möglich, Dienste ursachenbezogen von einem Server auf einen anderen zu verschieben, etwa bei zu großer Hitzeentwicklung. Speichert das System die gewonnenen Werte ab, erhalten die Administratoren darüber hinaus die Möglichkeit, historische und aktuelle Werte zu vergleichen. Anhand dieser Informationen können sie Prozesse kontinuierlich optimieren.

Mobile Anwendungen unterstützen Wartungstechniker

Im Data-Center der Zukunft werden zudem die Service- und Wartungsmöglichkeiten entscheidend verbessert. In diesem Zusammenhang spielt der Begriff »Augmented Reality« eine wichtige Rolle. Darunter fallen Verfahren, die reale Sinneswahrnehmungen um virtuelle Informationen anreichern. Im Bereich von IT-Wartung und -Service können beispielsweise mobile PC-Anwendungen zum Einsatz kommen, um Technikern die Arbeit durch realitätsgenaue Visualisierung direkt an der Maschine zu erleichtern.

Wenn das System sie beispielsweise über Fehlersymptome und Parameter wie Energieverbrauch und die Temperaturen im Inneren von Schränken auf dem Laufenden hält, unterstützt es die Fachleute nicht nur beim Überwachen der IT-Komponenten, sondern auch bei deren Wartung.

Überschreitet einer der überwachten Parameter, etwa die Temperatur, einen Grenzwert, so könnte die Wartungslösung das entsprechend signalisieren und die Ursache aufzeigen. Der Techniker wäre dann in der Lage, vor Ort sofort auf diese Meldung zu reagieren. Auf ähnliche Weise könnte auch ein virtueller Pfeil auf eine Problemstelle hinweisen, oder es ließen sich entsprechende Handlungsanweisungen in die Software integrieren, was die Arbeit der Wartungstechniker weiter vereinfachen würde.

Fazit

Das Rechenzentrum der Zukunft wird mit vielen neuen Ansätzen aufwarten. Am besten werden die Unternehmen beim Umstellen ihrer Rechenzentren fahren, wenn sie von Anfang an auf einen Partner setzen, der das Thema Energieeffizienz ganzheitlich betrachtet und von vornherein alle relevanten Faktoren wie Anschaffungs-, Energie-, Wartungs- und Instandhaltungskosten im Blick behält. Nur so können sie die maximale Effizienz sicherstellen und für eine hohe Anwenderfreundlichkeit sorgen.

Zum Autor: Bernd Hanstein ist Hauptabteilungsleiter Produkt-Management und Engineering-IT bei Rittal in Herborn.

Special Data-Center 1/2009 von Network Computing

Mehr Informationen zu den Themen Prozessoren für Server-Plattformen, Virtualisierung und das Design von Kosten sparenden Data-Centern finden Sie übrigens im Special »Data-Center 1/2009« auf Network Computing Online. Dort sind unter anderem Beiträge zu den CPUs von AMD (Opteron), Hewlett-Packard (Itanium 2) Intel (Core i7) und Sun (Ultra-Sparc T2) zu finden.

Außerdem haben wir dort Beiträge zu den Einsatzmöglichkeiten unterschiedlichen Server-Typen (Blade, Rack-Systeme) zusammengestellt. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Beiträge rund um das Thema Virtualisierung.

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