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Klimatisierung von hochintegrierten Speicherschränken Der Einfluss von Flash auf die Systemintegration

| Autor / Redakteur: Hermann Strass / Nico Litzel

Um ein Speichersystem für mehrere Jahre betriebssicher aufzubauen, sind viele Details zu beachten. Da Speichersysteme große Stromverbraucher sind, gilt es Wärmestaus, sogenannte Hot Spots, zu vermeiden, die die Lebensdauer der Systeme herabsetzen.

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IBM hat bei der Adaptierung der Texas-Memory-Systems-Technik auf Rechenzentrumsbedürfnisse einen großen Schritt vorwärts gemacht. Alle Module und Kanister des FlashSystem 840 sind nun ohne Ausbau des Gehäuseeinschubs von vorne oder von hinten zugänglich und können im laufenden Betrieb getauscht werden.
IBM hat bei der Adaptierung der Texas-Memory-Systems-Technik auf Rechenzentrumsbedürfnisse einen großen Schritt vorwärts gemacht. Alle Module und Kanister des FlashSystem 840 sind nun ohne Ausbau des Gehäuseeinschubs von vorne oder von hinten zugänglich und können im laufenden Betrieb getauscht werden.
(Grafik: IBM)

Speicher an sich ist ein großer Stromverbraucher und Abwärmeproduzent. Das ist bei der Zusammenstellung größerer Speicherkonfigurationen zu beachten. Schon heute ist es keine Schwierigkeit, pro 19-Zoll-Rack einen Stromverbrauch von über 15 Kilowatt zu erreichen. Das überschreitet sogar die Kühlleistung pro Rack von modernen Rechenzentren.

In Zukunft könnte das Aufeinanderstapeln von 2D-Flash-Speicherchips wie auch der Aufbau von sogenannten 4D-Speicherchips zu einer weiteren Konzentration dieser großen Hitzequellen führen. Eine gute Klimatisierung ist das A und O langlebiger Datenspeicher.

Chips

Chips sind inzwischen nicht nur kleine, flache Scheiben („Dies“). Die einzelnen „Dies“ können bereits 3D-Strukturen enthalten. Mehrere „Dies“ werden nebeneinander oder aufeinander geklebt oder ohne Substrat dazwischen aufgebaut und mit einem Gehäuse ummantelt. Die kurzen Verbindungswege erhöhen die Geschwindigkeit, der kompakte Aufbau reduziert den Platzbedarf. So entstehen schelle Chips mit hohen Speicherkapazitäten.

Problematisch ist die Wärmeabfuhr aus dem Inneren der Chips. Hier gilt die Arrhenius-Regel, wonach die mittlere Lebensdauer von Halbleitern bei einer Erhöhung der Arbeitstemperatur um zehn Grad Celsius halbiert wird. Das wirkt sich deutlich aus, wenn MLC-Chips anstatt SLC-Chips eingesetzt werden, da MLC-Technik schon grundsätzlich erheblich kurzlebiger und störungsanfälliger ist.

Platinen

Die Flash-Speicherchips werden dann auf Platinen zusammen mit der Ansteuerelektronik aufgelötet. Die vielen Chips erzeugen alle zusammen eine größere Wärmemenge mit den bekannten Problemen. Die sehr schmalen Leiterbahnen zur Verbindung der Chips untereinander und mit den Steckverbindern zur Verbindung der Platinen miteinander in einem Gehäuse bilden Antennen, die Energie unnötig abstrahlen und Energieverluste erzeugen.

Bei den sehr hohen Taktraten moderner Systeme werden die einzelnen Signale zum störungsfreien Transport auf zwei nebeneinander liegenden Differenzialleitungen übertragen. Die Bahnen dieser Leitungspaare müssen elektrisch exakt gleich lang sein. Sie dürfen auch keine 90-Grad-Winkel in ihrem Verlauf haben. Meist wird das mit zwei 45-Grad-Ecken umgangen.

Baugruppenträger

Chassis (Baugruppenträger) sind oft nur eine Höheneinheit (HE; 44,75 mm) hoch und 19 Zoll breit für die Montage in einem genormten Standardschrank. Manche Systeme sind auch 3 HE (3U) hoch. Im Chassis sind die Flash-Speicherkarten, Schnittstellenkarten, Stromversorgung und weitere unterstützende Elektronik untergebracht. So wird die abzuleitende Wärmemenge immer größer.

Ist ein Speichersystem als System aus Speicherlaufwerken (Ersatz für Festplatten) aufgebaut, dann sind die SSDs (Solid-State Disk Drives) individuell in einem Umgehäuse untergebracht und mechanisch neben- oder übereinander in einem mechanischen Rahmen untergebracht, der dann ebenfalls in einen Schrank eingebaut wird. Oft werden einzelne PCIe-Speicherkarten im Server als SDDs bezeichnet.

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