Vier Optimierungsbereiche für effiziente Serverräume und Rechenzentren

Vier Optimierungsbereiche für effiziente Serverräume und Rechenzentren. Die heiß diskutierte Sicherheit und die Effizienz von Serverräumen und Rechenzentren hängt in erheblichem Maße von der physikalischen IT-Infrastruktur ab. Wer ihre Komponenten wie USV, Kühlung und Management zu optimieren versteht, schafft wichtige Synergien für ergänzende Maßnahmen wie z. B. Servervirtualisierung und -standardisierung.

Die laufende Debatte um den Klimaschutz und steigende Strompreise lassen den Energieverbrauch zu einer unternehmenskritischen Größe werden. Laut Gartner hat sich der Stromverbrauch für Server im Zeitraum von 2000 – 2005 verdoppelt. Allein auf die US-Server entfallen demnach 0,6 % des weltweiten Energiebedarfs. Und so rückt die Steigerung der Energieeffizienz von Serverräumen und RZ zunehmend ins Visier der technischen und kaufmännischen Entscheider. Zu den gängigen Maßnahmen zählen unter anderem das Ablösen alter IT-Systeme, die Standardisierung der Serverlandschaft, ein effizienterer Betrieb der Hardware durch Virtualisierung oder die Migration auf Energie sparende Computing-Plattformen. Oftmals bleibt jedoch die Betrachtung der physikalischen IT-Infrastruktur außen vor, obgleich hier lohnende Verbesserungspotentiale schlummern.

Physikalische IT-Infrastruktur bietet großes Sparpotential

Rein rechnerisch ergibt sich die Effizienz von Serverräumen und Rechenzentren aus dem Verhältnis von der Eingangsleistung der IT (IT Power IN) zur Eingangsleistung der physikalischen IT-Infrastruktur (Datacenter Power IN). Je geringer der Stromverbrauch des Equipments der physikalischen IT-Infrastruktur ist, desto höher wird bei gleich bleibender Eingangsleistung der für das IT-Equipment verbleibende Anteil der Netzleistung. In der Folge steigt auch die Effizienz von Serverräumen und Rechenzentren entsprechend an (Abb. 1).

Wie schlecht jedoch dieses Verhältnis in den meisten Fällen ist, zeigt sich darin, dass allein die Kühlung eines typischen Rechenzentrums mehr Leistung verschlingt, als das eigentliche IT-Equipment. Neben diesem größten Brocken gibt es aber noch einige weitere Einsparpotentiale, die entlang der Versorgungskette zu finden sind, wie z. B. die Klimatisierung, die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV, engl.: UPS) oder die Stromverteiler. Auch das Management besitzt einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Effizienz von Serverräumen und Rechenzentren. Zusammenfassend lassen sich folglich vier große Optimierungsbereiche definieren:

1. Klima und Kühlung – ca. 40 % des Stromverbrauchs

Die Stromaufnahme der Kühlaggregate eines typischen hochsicheren Rechenzentrums mit 2N-Redundanz und N+1-redundanter Raumklimaanlage verbrauchen nach einer Untersuchung des Infrastrukturlösungsanbieters APC by Schneider Electric etwa ein Drittel der Eingangsleistung. Für eine separate Klimatisierung des Computerraumes (CRAC) fallen durchschnittlich nochmals rund 9 % und damit insgesamt ca. 40 % an. Das IT-Equipment nimmt entsprechend der typischen Auslastung von Serverräumen und Rechenzentren ca. 30 % der Leistung auf. Folgt man dem aktuellen Serverkonsolidierungstrend und lässt dabei die physikalische IT-Infrastruktur außerhalb der Betrachtung, so kommt es noch schlimmer, denn die höheren Leistungsdichten von Bladeund 1U-Servern treiben die Abwärme je Rack mühelos auf Werte von bis zu 20 kW.

Um die Kühllast zu drosseln und somit mehr Strom für das Equipment zur Verfügung zu stellen, verbreitern viele Anwender die Gänge zwischen den Schrankreihen – eine Behelfsmaßnahme, die jedoch nur in großen Räumen zur Verfügung steht und endgültig versagt, wenn die Abwärme zu hoch wird. Um die Energieeffizienz dauerhaft zu verbessern, hilft hingegen nur ein intelligentes und modular aufgebautes Kühlungskonzept.

Kühlung innerhalb der Schrankreihen

Dabei setzt sich insbesondere die sog. Reihenkühlung durch. Sie bietet nicht zuletzt bei Serverräumen in engen räumlichen Verhältnissen eine effizientere Alternative zur konventionellen Raumklimatisierung und kommt dabei auch ohne kostspielige Doppelbodenkonstruktionen aus. Lösungen zur Reihenkühlung werden als eigenständige Racks innerhalb des Racksystems platziert.

2. Die USV – ca. 18 % des Stromverbrauchs

Die USV verbraucht im Mittelwert rund 18 % der Netzleistung eines 2N-redundanten Rechenzentrums. Moderne USV-Technologien sind jedoch in der Lage, die auf diese Komponenten entfallenden Energiekosten deutlich zu senken. Dies gilt insbesondere für moderne Dreiphasen- USVen mit Doppelwandlertechnologie. Das verbesserte Konverterdesign arbeitet darin etwa doppelt so effizient wie ältere USV-Anlagen, darüber hinaus werden die Leerlaufverluste im unausgelasteten Betrieb um bis zu 70 % reduziert.

Hoch-effiziente USV-Modelle arbeiten sogar schon ab 30 % Auslastung mit nahezu minimalen Verlusten (Abb. 2). Weitere Effizienzsteigerungen ergeben sich ferner aus einem modularen, integrierten USV-Ansatz, wieihn bspw. APC by Schneider Electric mit der Lösung APC InfraStruXure für mittelgroße bis große Rechenzentren offeriert. Darin lassen sich USV-Module bedarfsabhängig ergänzen. Das Rechenzentrum lässt sich somit immer im optimalen Auslastungsbereich betreiben. Dieser liegt – entgegen einer weit verbreiteten Ansicht – nur theoretisch bei 100 %. Moderne USV-Systeme erreichen die besten Wirkungsgrade und somit die optimale Nutzung bei einer Auslastung von 75 – 80 %.

3. Skalierbarkeit statt Überdimensionierung

Nicht nur in Bezug auf das USV-Design gewinnt das Thema Skalierbarkeit stark an Bedeutung. Im Hinblick auf eine optimale Auslastung von Serverräumen und Rechenzentren nahe der Kapazitätsgrenze muss vielmehr die komplette physikalische Infrastruktur skalierbar werden – inklusive Kühlung. Hier kommt wieder der Ansatz der Reihenkühlung zum Tragen. Die in die Schrankreihen integrierten Klimageräte lassen sich ebenso schnell und einfach erweitern wie gewöhnliche 19“ IT-Racks. Dass laut Gartner bereits 63 % der befragten IT-Manager ihre Kühlung innerhalb der kommenden zwei Jahre auf Reihenkühlung umstellen wollen, zeigt die Dringlichkeit dieser Maßnahme.

Erst sie schafft die physische Voraussetzung für erfolgreiche Virtualisierungsprojekte, mit denen schließlich die Serverkapazitäten skalierbar und daher effizienter nutzbar gemacht werden sollen. Damit würde dann auch endlich eine immer noch häufig anzutreffende Praxis in Serverräumen und Rechenzentren verschwinden: Die Überdimensionierung. Sie führt nach wie vor dazu, dass physikalische IT-Infrastrukturen meist 65 – 70 % unterhalb ihrer Kapazitätsgrenze operieren.

4. Kapazitätsplanung und Management

Die Kapazitätsplanung kann ebenfalls einen Beitrag zur Effizienzsteigerung liefern, wenn sie bspw. darauf abzielt, die IT-Last bei gleich bleibender Strom- und Kühlleistung anzuheben. Dabei gilt es auch, ungenutzte Strom- und Kühlungskapazitäten zu vermeiden, die sich häufig aus spontanen Veränderungen an Equipment, Redundanzen oder RZ-Architektur ergeben. Das ist insbesondere problematisch, wenn versäumt wird, auch die zukünftigen Auswirkungen dieser Veränderungen zu berücksichtigen.

Das nötige Change-Management lässt sich recht bequem und übersichtlich über spezifische Softwarelösungen abbilden. Die drei Grundelemente der physikalischen IT-Infrastruktur – RZ-Design, Anwendung und Management – verbindet der Anbieter APC by Schneider Electric in einer gemeinsamen Plattform: Während der APC Change Manager nötige Umgestaltungen, die z. B. aufgrund von Neuinstallationen, Transporten oder Austausch von veraltetem IT-Equipment nötig werden, zu beschleunigen und präzisieren vermag, liefert das Softwaremodul APC Capacity Manager Echtzeitanalysen der Stromverbrauchswerte und der thermischen Zustandsdaten der physikalischen IT-Infrastruktur. Damit lassen sich zu jedem Zeitpunkt die optimalen Standorte für einzelne IT-Komponenten wie z. B. Server oder Netzwerk-Equipment bestimmen.

Fazit und Ausblick: Wohin geht die Reise?

Die konsequente Verbesserung der vier Bereiche Kühlung, USV, Skalierbarkeit sowie Planung und Management versetzt Unternehmen und Behörden in die Lage, ihre reale IT-Nutzung besser abzubilden und dadurch eine optimale Auslastung zu erzielen. Laut APC by Schneider Electric lassen sich auf diese Weise durchschnittlich 20 % mehr Effizienz erzielen. Bei 30 % IT-Last tritt sogar bis zu 28 % weniger Verlustleistung auf.

Physikalische IT-Sicherheit das Zukunftsthema

Doch damit ist die Entwicklung noch nicht zu Ende, wie ein Blick in die Zukunft verrät: Weil nächste USV-Generationen nur noch wenig Potential für Verbesserungen bieten, wird sich die zukünftige Entwicklungsarbeit verstärkt der physikalischen IT-Sicherheit für RZ-Umgebungen mit hohen Leistungsdichten widmen, die angesichts der laufenden Virtualisierungs- und Serverkonsolidierungswelle obligatorisch werden.

Neben neuen Standards und der Echtzeitüberwachung wird vor allem auch die Rohstoffreduzierung eine im Vergleich zu den aktuellen Effizienzbestrebungen ähnlich hohe Bedeutung erfahren. Da sich diese Zukunftstrends teils schon deutlich in heutigen Produkten abzeichnen, empfiehlt sich die Investition in eine zukunftssichere und standardbasierte IT-Infrastruktur, in welche sich die kommenden Neuerungen modular und sukzessive integrieren lassen.

Kontakt:

APC Deutschland, München
Tel.: 0172/8140512
michael.schumacher@apc.com
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