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24.06.2010 APC/Rudolf Felser

Heißes Eisen Energieeffizienz

Auch das Konzept Virtualisierung basiert auf der physikalischen IT-Infrastruktur. Diese will genau geplant sein, damit man später mit Stromverbrauch und Hitzeentwicklung nicht den Plafond erreicht.

Horrende Energiepreise und der steigende Kühlbedarf des Equipments strapazieren Budget und Nerven des IT-Managements – die EDV steht im Zeichen der Virtualisierung. Dennoch fällt in vielen schweißtreibenden Diskussionen um Prozessverwaltung, Ressourcenverteilung und Serverkonsolidierung ein Aspekt häufig unter den Tisch: Energieeffizienz in industriellen Rechenzentren beginnt mit einer kühlen Analyse und Konzeption der physikalischen Infrastruktur.

In den Rechenzentren klettern nicht nur die Temperaturen. Auch die Preise für Energie erreichen regelmäßig neue Höchststände. Ein Blick in die IT-Chronik verdeutlicht die wirtschaftlichen Konsequenzen: Benötigten Rechenzentren noch vor knapp zehn Jahren rund 1.000 Watt Energie pro Quadratmeter, so saugen aktuelle IT-Räume heute bis zu 8.000 Watt pro Quadratmeter aus der Steckdose – mit entsprechenden Auswirkungen an den Kühlbedarf für das High-End-Computing. Nur die wenigsten Rechenzentren wurden bereits in der Planungsphase dahingehend konzipiert, mehr als 1.500 Watt an Abwärme pro Quadratmeter abführen zu können.

Zu den entscheidenden Faktoren für den Hitzestau in Rechenzentren zählt die Entwicklung mit leistungsstarken Blade-Server-Technologien und eng bestückten Server-Racks. Schon eine voll gepackte Einheit benötigt rund ebenso viel Strom wie 50 Durchschnittshaushalte – mit gegensätzlichen Tendenzen. Denn während Haushalte die Energiekosten durch Sparmaßnahmen mehr und mehr drücken, hat sich der Stromverbrauch für Server nach einer Erhebung der Marktforscher von Gartner im Zeitraum von 2000 bis 2005 verdoppelt. Bis 2011 müssen den Analysten zufolge mehr als 70 Prozent der amerikanischen Rechenzentren mit erheblichen Problemen beim Energieverbrauch, den verfügbaren Rechenzentrumsflächen und somit den Betriebskosten rechnen.

VIRTUALISIERUNG UND ENERGIEEFFIZIENZ IM EINKLANG Angesichts dieser Zahlen verwundern die zahlreichen Projekte für eine bessere Auslastung der Hardware – Stichwort Virtualisierung – kaum. Eine Virtualisierung physischer Server in industriellen Rechenzentren ermöglicht die Konsolidierung auf wenige leistungsstarke Rechner und senkt so die Kosten für den Betrieb. Konsolidiert ein Unternehmen mit Virtualisierung zehn oder mehr physische Maschinen auf einem einzigen Server, so kann es Branchenkennern zufolge den Stromverbrauch und die damit verbundenen Kosten um 80 bis 90 Prozent senken. Auch die Experton Group geht angesichts dieser Faktoren davon aus, dass heute bereits 57 Prozent aller Unternehmen Virtualisierungslösungen für Server nutzen. Im Enterprise-Segment seien sogar 70 Prozent der Firmen damit vertraut.

Doch während klassische Virtualisierung-Projekte mit Lösungen für Infrastrukturfunktionen wie Active Directory, Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) oder System-Management längst Einzug in die IT der Industrie hält, hapert es Experten zufolge häufig an der Planung der physikalischen Topologie: "Mit einer stromsparenden Konzeption der IT-Architektur und der richtigen Kühlung lässt sich der Energieverbrauch ebenso drastisch drücken, wie mit EDV-typischen Virtualisierungsmaßnahmen", gibt etwa Francisco Alvarez, Country General Manager Switzerland sowie Enterprise Sales Manager Germany & Austria vom Münchner Spezialisten für Infrastrukturlösungen APC by Schneider Electric, zu bedenken. Häufig gehe es in einem ersten Ansatz darum, ungenutzte Strom- und Kühlungskapazitäten zu vermeiden, die sich aus spontanen und zukünftigen Veränderungen an Equipment, Redundanzen oder Rechenzentrums-Architektur ergeben. Das hierfür nötige Change-Management sei bequem und übersichtlich über spezifische Softwarelösungen möglich.

40 PROZENT DES STROMVERBRAUCHS Vor allem aber der Aspekt der Kühlung birgt angesichts der steigenden Leistungsdichte in der IT ein erhebliches Einsparungspotenzial: "40 Prozent der Energie, die ein Rechenzentrum aufbraucht, entfallen auf die Klimatisierung", rechnet Alvarez vor. Optimal sei in diesem Zusammenhang eine Raumtemperatur von 25 Grad oder gar noch höher. Die Stromaufnahme der Kühlaggregate eines typischen hochsicheren Rechenzentrums in der Industrie mit 2N-Redundanz und N+1-redundanter Raumklimaanlage beträgt nach seinen Erfahrungen etwa ein Drittel der Eingangsleistung. Für eine separate Klimatisierung des Computerraumes fielen durchschnittlich nochmals rund neun Prozent an.

Alvarez: "Folgt man dem aktuellen Serverkonsolidierungstrend ohne die physikalische IT-Infrastruktur zu berücksichtigen, so droht gar ein IT-Ausfall. Die hohen Leistungsdichten von Blade- und 1U-Servern treiben die Abwärme je Rack mühelos auf Werte von bis zu 20 Kilowatt." Hier krankten Virtualisierungsprojekte oft an einer gravierenden Fehlplanung: Um die Kühllast zu drosseln und der IT mehr Strom zur Verfügung zu stellen, verbreitern viele IT-Verantwortliche die Gänge zwischen den Schrankreihen. Dabei handelt es sich allerdings um eine Behelfsmaßnahme, die dann versagt, wenn die Abwärme einen gewissen Temperaturpegel überschreitet. Nur ein modular aufgebautes und intelligentes Kühlungskonzept bringt auch eine dauerhafte Energieeffizienz.

Im Rahmen dieser Erkenntnisse setzt sich deshalb mehr und mehr die so genannte Reihenkühlung durch. Sie bietet vor allem auch in engen Räumen eine effiziente Alternative zur konventionellen Raumklimatisierung und kommt ohne kostspielige Doppelbodenkonstruktionen aus. Das Prinzip: Lösungen zur Reihenkühlung werden hier als eigenständige Kühleinheiten (Rackbreite von 30cm bis 60cm je nach Ausführung) innerhalb der Serverschrankaufstellung platziert. Durch die Nähe zum IT-Equipment lassen sich zum einen höhere Leistungsdichten absichern, zum anderen reduziert sich auch die Stromaufnahme der Lüfter um bis zu 50 Prozent. Wichtiger Nebeneffekt: Sie machen in vielen Fällen eine separate Luftbefeuchtung beziehungsweise Wiederbefeuchtung überflüssig und gewährleistet so eine zusätzliche Stromersparnis in Höhe von rund drei Prozent. In Verbindung mit einem so genannten Warmluftkorridorsystem, das die Warmluft in einem warmen Gang zwischen den Rack-Zeilen konzentriert, lassen sich mit dieser Konzeption auch Umgebungen mit hohen Leistungsdichten von 30 Kilowatt und mehr Wärmeleistung pro Rack bewältigen.

SKALIERBAR STATT ÜBERDIMENSIONIERT "Oft wird auch die Skalierbarkeit nicht in die Planung oder Optimierung eines Rechenzentrums mit einbezogen", nennt der APC-Manager einen weiteren Aspekt für mehr Energieeffizienz. Im Hinblick auf eine optimale Auslastung nahe an der Kapazitätsgrenze von Serverräumen müsse die komplette physikalische Infrastruktur skalierbar konzipiert sein – inklusive der Kühlung. Auch hier spiele der Ansatz der Reihenkühlung eine Rolle: In Schrankreihen integrierte Klimageräte müssten ebenso schnell und einfach erweitert werden können, wie gewöhnliche 19“ Racks. Erst die Reihenkühlung schaffe die Voraussetzungen für erfolgreiche Virtualisierungsprojekte: "Gleichzeitig vermeidet sie den Hauptgrund, weshalb IT-Infrastrukturen in der Regel 65 bis 70 Prozent unterhalb der Kapazitätsgrenze operieren – die Überdimensionierung."

Dieser Fachbeitrag wurde von APC by Schneider Electric zur Verfügung gestellt.

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