Interview mit Peter Wäsch, Schäfer IT-Systems:

High-Density-Rechenzentren brauchen „Kühlung on demand“

31.07.2007 | Redakteur: Achim Karpf

Peter Wäsch, Leiter Vertrieb IT DACH, Schäfer IT-Systems
Peter Wäsch, Leiter Vertrieb IT DACH, Schäfer IT-Systems

Das rasant steigende Datenaufkommen in Unternehmen aller Branchen erfordert immer mehr und immer leistungsfähigere Server. Die zunehmende Serverdichte stellt wachsende Anforderungen an die Planung und den Aufbau von Rechenzentren. Rechenzentrumsfläche ist teuer, und weitere Stellplätze für zusätzliche Serverschränke sind oft gar nicht verfügbar. Deshalb geht der Trend auch bei den Server-Racks in Richtung „Verdichtung“.

Herr Wäsch, was ist unter „High-Density-Racks“ zu verstehen?

Viele Rack-Hersteller empfehlen den Anwendern, bei der Platzausnutzung den Grenzwert von 50 Prozent nicht zu überschreiten. Dagegen können moderne High-Density-Schränke komplett belegt werden. Bei einer stabilen Rahmenkonstruktionen und einer Belastbarkeit von bis zu 1000 Kilogramm lassen sich in diesen Racks auf 40 bis 50 Höheneinheiten (HE) auch schwere Server, Blade-Server, Switches und Storage-Komponenten auf kleinstem Raum unterbringen. Da die Komponenten immer wieder einmal ausgewechselt werden müssen, sollten High-Density-Schränke außerdem für Server verschiedenster Hersteller und unterschiedlicher Einbautiefen ausgelegt sein. Dafür bieten wir unseren Kunden zum Beispiel zusätzliche 19-Zoll-Ebenen oder Mittenprofile an.

Mit welchen Wärmelasten haben Anwender von High-Density-Racks zu rechnen?

Die meisten Low-Density-Rechenzentren sind heute auf einen Stromverbrauch von 1 bis 2 Kilowatt pro Quadratmeter ausgelegt. Beim Aufbau von High-Density-Rechenzentren mit modernstem Equipment gehen die Planer dagegen heute schon von einem Leistungsverbrauch von 15 Kilowatt und mehr pro Rack aus. Damit steigen natürlich auch die jeweiligen Wärmelasten. In großen Serverschränken beträgt die Wärmeabgabe je nach Serverkonfiguration bereits bei 50 Prozent Auslastung bereits zwischen 4 und 8 Kilowatt (kW). Voll belegte High-Density-Serverschranksysteme müssen weitaus höhere Wärmebelastungen bewältigen, die punktuell über 20 kW betragen können, und das unabhängig von der sie umgebenden Raumluft.

Da sich Stromverbrauch und Wärmelasten in den letzten Jahren nahezu verzehnfacht haben, werden bei der Planung von Serverräumen und Rechenzentren die Themen Power-Management und Kühlung immer wichtiger. Die Marktforscher von Gartner warnen bereits, dass etwa die Hälfte aller Firmen und Service-Provider spätestens im nächsten Jahr Probleme mit der Kühlung ihrer Rechner, Switches und Storage-Systeme bekommen wird. Andere Marktbeobachter rechnen damit, dass die Kosten für die Wärmeableitung – inklusive des dafür benötigten Stroms – in wenigen Jahren schon rund 70 Prozent des gesamten Serverbetriebsbudgets ausmachen werden.

Diese Zahlen passen so gar nicht zum Trendthema „Grüne IT“. Wie können die IT-Verantwortlichen die Themen Kühlung und Stromverbrauch – auch von der Kostenseite her – in den Griff bekommen?

Für extrem hohe Wärmelasten wurde noch vor Kurzem empfohlen, lokale Hitzenester im Rack über eine Luft-Wasserkühlung abzubauen, die bis in die Server hinein reicht. Das hat nicht nur viele IT-Verantwortliche abgeschreckt, sondern gilt unter vielen Experten inzwischen als Fehlentwicklung. Die Hersteller von High-Density-Serverschränken bieten jetzt intelligente und flexible Kühllösungen an, welche die wachsende Wärmeabgabe mit Kaltluft bewältigen und die noch dazu energieeffizient arbeiten. Wir setzen in unserem UniQle-System zum Beispiel ein Kühlgerät mit Luft-Wärmeaustauscher ein, das im Umluftbetrieb eine geregelte, stufenlose Kälteleistung erbringt. Da Server zu verschiedenen Zeiten unterschiedlich viel Wärme produzieren, passt sich das Kühlsystem der jeweiligen Serverleistung an und reagiert flexibel. Die im Schrankboden befindliche Cooling-Unit, die von unten mit Wasser versorgt wird, stellt den Servern automatisch immer nur genau die Kälte zur Verfügung, die gerade benötigt wird. Damit können im Gegensatz zu statischen Kühlsystemen Energieeinsparungen von 30 bis 50 Prozent erzielt werden.

Man könnte also vom Prinzip „Kühlung on demand“ sprechen. Was zeichnet Ihrer Meinung nach eine moderne Kühllösung außerdem aus?

Hochleistungsfähige Kühlsysteme sind am Markt als separate, also außerhalb des eigentlichen Server-Racks platzierbare Geräte oder als in den Schrank integrierte Lösungen erhältlich. Gegenüber separaten Kühlgeräten bieten integrierte Kompaktlösungen unserer Ansicht nach den Vorteil eines geringeren Platzbedarfs. Allerdings sollten Anwender darauf achten, dass die innerhalb des Racks befindlichen Kühlgeräte räumlich vom Serverbereich abgetrennt und separat zugänglich sind. Denn dadurch ist am ehesten gewährleistet, dass der Serverbetrieb bei Störungen oder Wartungsarbeiten nicht beeinträchtigt wird und dass nur autorisiertes Personal auf den jeweiligen Bereich zugreifen kann.

Die Rack-Kühlung sollte zudem unbedingt redundant ausgelegt sein. Zum eine, weil die empfindlichen Server-Leiterplatten und Mainboards bereits nach wenigen Minuten Überhitzung irreparable Schäden davontragen. Zum anderen macht es die redundante Auslegung möglich, Wartungsarbeiten an einem Gerät durchzuführen, ohne dass gleich alle Server herunterfahren werden müssen. Idealerweise verfügt die Kühllösung über eine automatische Systemregelung, die bei Ausfall eines Geräts oder bei Sensorbruch die Leistung des funktionstüchtigen Lüfters vorübergehend hochfährt.

Ein wichtiger Aspekt ist sicher auch die Luftzirkulation. Die optimale Luftführung in Serverschränken galt lange Zeit – und nicht zu Unrecht – als Spezialgebiet von Konstrukteuren, die eine Menge von Strömungslehre und Thermodynamik verstehen. Inzwischen gibt es für die Luftzirkulation in High-Density-Racks mehrere Optionen, die auf eine gezielte Luftführung setzen. Die eingeblasene Kaltluft wird von den Servern angesaugt, gelang so direkt an die zu kühlenden Bauteile und kann rückseitig wieder abgesaugt werden. Nicht belegte Höheneinheiten werden mit Blindblenden abgedeckt, um eine reibungslose Zirkulation zu gewährleisten.

Wird die Kaltluft von unten über einen frontseitigen Luftschacht eingeblasen, bleibt der Luftstrom auch bei geöffneter Fronttür zumindest zum Teil erhalten. Für den Fall, dass die hintere Tür geöffnet werden muss, sorgen in das Kühlgerät integrierte Lüfter dafür, dass die die Luftzirkulation nicht abreißt und dass die rückgeführte Warmluft nicht vollständig in den Raum entweicht.

Inwiefern entsprechen die High-Density-Racks den aktuellen Ansprüchen hinsichtlich der Fernwartung und Sicherheit?

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an das Strommanagement, an die Autarkie des Gesamtsystems und an die Sicherheit ständig gestiegen. Viele der am Markt erhältlichen Server-Rack-Systeme – auch unsere – bieten Anwendern die Möglichkeit, sowohl die Stromversorgung als auch die Überwachung der Zustände im Rack – Power-Management und Rack-Control – über das IP-Netzwerk zu überwachen. Zum Power-Management gehört vor allem eine redundante Stromversorgung, die im Regelfall mehrere Server versorgt und so kompakt ist, dass sie ebenfalls in den Schrank integriert werden kann. Auch IP-Steckdosenleisten lassen sich über das Netzwerk ansteuern.

Ein Rack-Management-System (RMS) überwacht als intelligenter Netzwerkagent mithilfe von Sensoren alle Umgebungseinflüsse auf die Server-Racks und generiert Alarmmeldungen und Schaltvorgänge. In vielen Rechenzentren wird über das RMS auch die Rack-Zutrittskontrolle realisiert. Im Falle unseres UniQle-Systems, bei dem das RMS in den Schrank integriert ist, ermittelt und regelt es außerdem die notwendige Kälteleistung.

Um die Sicherheitsmaßnahmen zu komplettieren, setzen IT-Verantwortliche zusätzlich Rack-Monitoring-Systeme ein. Der Remote-Zugriff auf Server kann zum Beispiel über KVM-Switches realisiert werden, die direkt im Schrank Platz finden.

Natürlich müssen High-Density-Rack-Systeme der Schutzklasse IP54 entsprechen, um die IT-Komponenten gegen negative Umgebungseinflüsse zu schützen. Umgekehrt isoliert ein IP54-Schrank die Hardware effektiv gegenüber der Umgebung und benachbarten Einheiten. Dieser Aspekt ist – neben einem ansprechenden Design – unter anderem bei der Aufstellung des Systemschranks in Büro- oder Aufenthaltsräumen relevant.

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