Neue Technologien und Konzepte für Rechenzentren

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Rechenzentren verbrauchen Unmengen an Strom. Sie sollen deshalb dringend effizienter werden – ohne jedoch an Sicherheit und Zuverlässigkeit einzubüßen. Ein Schaufenster diesbezüglicher Technologien ist die Kongressmesse Future Thinking, bei der seit 2010 auch der Deutsche Rechenzentrumspreis verliehen wird.

Der Deutsche Rechenzentrumspreis wird jährlich seit 2010 in insgesamt neun Kategorien verliehen. Die zahlreichen Einreichungen – in diesem Jahr waren es über 60 – spiegeln die Bemühungen insbesondere deutscher Unternehmen, viele davon Mittelständler, wider, das in Bereichen wie Kühlung, Klimatisierung und Stromversorgung im Lande vorhandene umfangreiche Know-how in rechenzentrumstaugliche Produkte und Konzepte umzusetzen.

Server im Rechenzentrum (Bild: Shutterstock/Stefan Petru Andronache)

Eine große Rolle spielte in diesem Jahr auf der Messe das Thema Wärmerückgewinnung – nachdem die PUE-Werte inzwischen immer öfter nur wenig über 1 liegen, muss, um weiter zu optimieren, die Energie, die in die IT selbst fließt und anschließend als Abwärme wieder auftaucht, nutzbar gemacht werden, um die Gesamteffizienz des Systems Rechenzentrum zu verbessern. In der Kategorie 1 (Ideen und Forschung rund ums Rechenzentrum) gewann folgerichtig ein Konzept des Institut für Technische Thermodynamik der Technischen Universität Darmstadt. Es sieht vor, das Rechenzentrum der Universität als Wärmequelle zu nutzen, indem die Abwärme in die Heizkreisläufe der übrigen Bürogebäude eingespeist wird. Im kommenden Jahr wird es in die Praxis umgesetzt.

Auch in Kategorie 5 (neu gebaute energieeffiziente Rechenzentren) gewann ein Projekt, das sich durch die Weiternutzung der im RZ erzeugten Abwärme auszeichnet: Das KIT (Karlsruher Institut für Technologie) baute ein neuartiges Forschungs- Hochleistungsrechenzentrum (ForHLR) mit Warmwasserkühlung, dessen Abwärme ebenfalls zum Heizen im KIT verwendet wird.

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Hyperkonvergente Systeme

Weniger Komplexität, einheitlicher Einkauf, vorintegrierte und aufeinander abgestimmte Komponenten sowie weniger Sorgen und Kosten beim Betrieb durch Abstraktion und Automatisierung, das versprechen die Anbieter "hyperkonvergenter Systeme". Im silicon.de-Special finden sie aktuelle Nachrichten und umfassende Hintergrundartikel zu dem Marktsegment.

Aber auch auf anderen Gebieten der Kühlung und Klimatisierung gibt es noch erhebliche Effizienzpotenziale. So gewann in der Kategorie 2, Klima und Kühlung, Efficient Energy mit einem Chiller, der mit dem Kühlmittel Wasser (R718) arbeitet. Das Besondere: Das Kältemittel wird nicht dadurch verdampft, dass man es erhitzt, sondern, indem der Druck herabgesetzt wird. Je geringer der Druck, desto niedriger ist die Temperatur, bei der Flüssigkeiten ihren Aggregatzustand wechseln und zu Gas respektive Dampf werden. Weil das weit weniger Energie braucht als das Wasser zu erhitzen, erzielt Efficient Energy so einen hohen Wirkungsgrad und spart gegenüber konventionellen Chillern 80 Prozent Energie ein.

Beträchtliche Potenziale stecken in der Freikühlung, wie der Erstplatzierte von Kategorie 6, Energieeffizienz durch Umbau von Bestandsrechenzentren, bewies. Hier erhielt das Rechenzentrum der Contabo GmbH, eines mittelständischen Nürnberger Unternehmens, die Auszeichnng. Contabo hat seine ineffizienten Stromversorgungs- und Kälteeinrichtungen durch neue Anlagen ersetzt, die die Freikühlung bis 26 Grad Celsius erlauben, den PUE der Einrichtung von 2.0 auf 1,2 absenkten und dem Unternehmen jährlich etwa eine Million Euro Stromkosten ersparen. Das war den Juroren einen Preis wert.

Auch bei der Stromtechnik geht es noch besser als bisher: Schneider erhielt für Econversion den Preis in der Kategorie 3, Energietechnik. Ausgezeichnet wurde hier eine neue USV-Betriebsart, die die Vorteile von Doppelwandler-Online-USV und EcoMode-Betrieb kombiniert. Dabei bleibt ein neuartiger Vierlevel-Wechselrichter zusätzlich parallel zur Netzversorgung durch den Bypass aktiv. Stromfressende Oberwellen höherer Ordnung werden eliminiert.

Der ICT-Performer speist Abwärme dank thermoelektrischer Peltier-Elemente direkt wieder in den Stromkreislauf des Geräts ein (Bild: ICT/Universität Stuttgart/marconing)
Der ICT-Performer speist Abwärme dank thermoelektrischer Peltier-Elemente direkt wieder in den Stromkreislauf des Geräts ein (Bild: ICT/Universität Stuttgart/marconing)

Das Gerät erreicht auf diese Weise eine Effizienz von 99 Prozent. Unter den drei Nominierten war auch Piller mit seinem CPM (Continuous Processing Module) für Rechenzentren mit einigen MW Leistung. Es kombiniert eine Schwungmasse mit einer USV und macht so Batterien überflüssig: Bei Stromfluss dreht sich das Schwungrad, fällt der Strom aus, dreht es sich weiter, bis der Generator anspringt. Batterien und die gesamte für sie nötige Infrastruktur entfallen.

Das System arbeitet bis zu Temperaturen von 50 Grad, während Batterien kühl gehalten werden müssen. Freilich berägt die Überbrückungsdauer bei voller RZ-Auslastung lediglich 20 Sekunden, bei partieller entsprechend mehr, während Batteriebänke in der Regel für rund fünf Minuten ausreicht.

In Kategorie 4, Netzwerkinfrastruktur, erhielt eine neue Glasfaserverkabelung von Commscope den ersten Preis. Mit LazrSpeed Wideband MultiMode OM5 lassen sich af Duplex-Kabel bisher erstmalig vier Wellenlängen (850 nm und drei weitere) je Richtung transportieren, was die Übertragungskapazität vervierfacht.

Ausgewähltes Whitepaper

Application Performance Management (APM)

In einer von Forrester Research durchgeführten Studie wird nach einem von den Marktforschern entwickelten Modell der wirtschaftliche Gesamtnutzen, den Firmen durch Implementierung eines Application Performance Management (APM) erzielen können evaluiert.

In Kategorie 7, ganzheitliche IT- und Facility-Management-Projekte im Rechenzentrum, wurde die Innovit AG prämiert. Sie entwickelte ein modulares Rechenzentrum für High Performance Computing. Es basiert auf einer speziellen Blade-Architektur, die bis 45 Grad Lufttemperatur keine mechanische Kälteerzeugung benötigt. Zudem werden modernste USV-Systeme verwendet. Im Gesamtsystem sind Infrastruktur und IT-Komponenten genau aufeinander abgestimmt, was die Gesamteffizienz hebt.

Bei den IT-Innovationen (Kategorie 8) wurde schließlich Boston Server & Storage Solutions mit vScaler, einer containerisierten Erweiterung für Private- und Public-Clouds prämiert. Sie ist konform zum deutschen Datenschutzgesetz, basiert auf offenen Standards und Open Source, und verwendet ausschließlich nichtflüchtige Speicherelemente (NVMe und SSD), also keine konventionellen Festplatten. Die Leistung wird durch Co-Prozessoren verbessert.

Für vScaler verwendet Boston ausschließlich nichtflüchtige Speicherelemente (NVMe und SSD), die Leistung wird durch Co-Prozessoren verbessert. ( Bild: Boston)
Für vScaler verwendet Boston ausschließlich nichtflüchtige Speicherelemente (NVMe und SSD), die Leistung wird durch Co-Prozessoren verbessert. (Bild: Boston)

Software und Hardware sind optimal aufeinander abgestimmt. Ressourcen und Services werden elastisch zugewiesen. Das Gesamtsystem ist ausfallsicher konzipiert. Es kann auch im Container, zum Beispiel für Offshore-Implementierungen geliefert werden. Die Systeme werden ständig überwacht, die Ergebnisse fließen in die weitere Verbesserung der Lösung ein.

Aus Abwäme wird sofort RZ-Strom

Den Publikumspreis erhielten ICT Facilities und das Institut für Energiewirtschaft und rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart für den ICT Performer. Es handelt sich dabei um ein Konzept für ein futuristisch anmutendes, standardisiertes Rechenzentrumskomplettsystem, in das die Komponenten automatisiert eingebracht werden. Das System verwendet unterschiedliche hochinnovative Technologien. Unter anderem wird die anfallende Abwärme mit Hilfe von Peltier-Elementen wieder in Strom umgewandelt, den der “ICT Performer” selbst verbraucht.

Solche thermoelektrischen Bauelemente erzeugen bei Temperaturdifferenzen einen Stromfluss. Das System ist horizontal und vertikial skalierbar und besitzt eine biometrische Monitoring-Schnittstelle. Der ICT Performer lässt sich auch in beliebige Bestandsimmobilien einbauen. Bereits 2016 hatte das Unternehmen mit seiner AllInfraBox, einem Mikro-Rechenzentrum, den Deutschen Rechenzentrumspreis erhalten.

Freilich wird all das nicht dazu führen, dass Rechenzentren insgesamt weniger Energie verbrauchen. Ulrich Terrahe, Urheber von Veranstaltung und Preis, betonte in seiner Laudatio: “Rechenzentren sind die Bahnhöfe des Kommunikationszeitalters, ihr Energiebedarf wird steigen, und wenn das nicht akzeptiert wird, werden in Deutschland keine Rechenzentren mehr gebaut werden.” Dennoch, so betonte Martina Köhn, beim Umweltbundesamt für das Thema Rechenzentren zuständig: “Wir sollten uns nicht in erster Linie damit befassen, einen niedrigeren Strompreis zu fordern, sondern innovative Lösungen zu entwickeln.” Es seien dringend neue Konzepte nötig, um klimaschädliche Gase auch beim RZ-Betrieb zu minimieren. Dieser Aufforderung haben die auf der Messe vertretenen Unternehmen sichtbar Folge geleistet.