Verkabelung und Energieeffizienz im RZ
Blick auf die physische Ebene
Maßnahmen zur Energieeinsparung im Rechenzentrum haben höchste Priorität - und dies aus gutem Grund. Aktuelle Studien belegen, dass allein die Stromkosten 30 bis 50 Prozent des gesamten RZ-Budgets ausmachen. Während ein Teil der Energie beispielsweise für den Betrieb der vorhandenen Server, Switches, Router und anderer Aktivkomponenten nötig ist, dient ein weiterer - großer - Teil wiederum zu deren Kühlung.Zur Senkung der Stromkosten in RZ existiert eine umfangreiche Palette an Hardware- und Softwarelösungen. Ehe ein Betreiber jedoch auf diese zurückgreift, sollte er genau prüfen, inwieweit gezielte bauliche Maßnahmen bei der Errichtung seines RZs zur Energieeinsparung beitragen, um zusätzliche Kosten von Anfang an zu minimieren. Es lohnt sich in diesem Zusammenhang zu diskutieren, welche Entscheidungen sich bereits in der Planungsphase eines RZ treffen lassen, um die Energieeffizienz zu steigern. Daraus ergibt sich eine Reihe von praktischen Tipps, die auf der physischen Ebene in Betracht gezogen werden sollten, ehe ein RZ-Betreiber zu kostspieligeren, konventionellen Maßnahmen greift. Die geeignete Verkabelungsarchitektur Zwei gängige Verkabelungskonfigurationen finden sich heute im RZ: Top-of-Rack-Switching (ToR) und die strukturierte Any-to-All-Verkabelung (A2A). Die strukturierte Verkabelung nutzt Verteilerbereiche, um flexible, standardbasierende Verbindungen zwischen dem Equipment herzustellen. Patch-Felder, die eins zu eins mit den Switch-Ports und Server-Ports verbunden sind, haben über eine fest verlegte Verkabelung (Permanent Link) die gleiche Entsprechung in einem oder mehreren zentralen Verteiler-/Patch-Bereichen. Diese Bereiche können sich am Ende oder in der Mitte einer Schrankreihe befinden. Bei dieser Any-to-All-Konfiguration lässt sich jeder beliebige Switch-Port mit jedem Server-Port verbinden. In einer ToR-Konfiguration sind kleinere Edge-Switches (1 bis 2 HE) auf der obersten Rack-Position platziert und über kurze vorkonfektionierte Small-Form-Factor-Pluggable-Twinaxialkabel (zum Beispiel SFP+ und QSFP), aktive optische Kabel (AOC) oder modulare RJ45-Patch-Kabel direkt mit dem Server im Rack verbunden. Bei diesen so genannten Punkt-zu-Punkt-Verbindungen gibt es keine strukturierte Verkabelung und keinen bequemen zentralen Patch-Bereich. Eine strukturierte A2A-Verkabelungskonfiguration, die einen Verteilerbereich nutzt (wie in TIA 942-A und ISO 24764 definiert), macht es möglich, Server genau dort zu platzieren, wo es für Stromversorgung und Kühlung am günstigsten ist, ohne dabei wie bei einer ToR-Konfiguration in der Reichweite beschränkt zu sein. Die Länge der Punkt-zu-Punkt-Kabel ist dort in der Regel auf zehn Meter begrenzt. Des Weiteren ist es bei A2A nicht nötig, sich um ausreichend verfügbare Switch-Ports sorgen zu müssen. Für ein strukturiertes Verkabelungssystem sind unter gewissen Bedingungen zwar mehr Kabel nötig als für eine ToR-Topologie, dafür sind jedoch die Switch-Ports maximal nutzbar, und zusätzliche lässt sich Kühlung einsparen. Mit einem ToR-Switch in jedem Schrank (oder auch zwei bei Primär- und Sekundärnetzen) hängt die Gesamtmenge der Switch-Ports von der Gesamtzahl der im RZ vorhandenen Schränke ab und nicht von der Anzahl der für die Anbindung der Geräte tatsächlich benötigten Switch-Ports. Aus diesem Grund kann die Anzahl der Switches und Stromversorgungen gegenüber einer passiven strukturierten Verkabelung annähernd doppelt so hoch ausfallen. ToR-Switches müssen mit Strom versorgt und beständig gewartet werden. Zudem sollte ein Betreiber bedenken, dass ungenutzte Switch-Ports selbst im Ruhezustand noch Strom verbrauchen. Maximale Lüftung und minimaler Kühlungsaufwand Um eine größtmögliche Kühleffizienz zu erzielen, ist es entscheidend, die Verkabelung optimal zu planen und zu verlegen. Nur so ist ein ungehinderter Luftstrom gewährleistet. Die TIA-942 und andere ergänzende Rechenzentrumsstandards rund um den Globus empfehlen, bei der Verlegung der horizontal und vertikal verlaufenden Kabel Kapazitätserweiterungen vorzusehen, damit auf diese Bereiche kein erneuter Zugriff nötig ist. Für diese Empfehlung gibt es verschiedene Gründe. So verringert sich bei Entfernen der Bodenplatten für Moves, Adds und Changes der Luftdruck im Doppelboden, was sich negativ auf die Kühlleistung auswirkt. Zudem muss abgesichert sein, dass der Luftstrom im Kaltgang nicht durch einen zu hohen Füllgrad der Verlegewege behindert ist. Um den Luftstrom zu den perforierten Bodenplatten nicht zu behindern, sollte die Verkabelung im Doppelboden daher im Warmgang verlaufen. Dabei können die Wandungen der Kabelführungssysteme zugleich als Luftleitbleche dienen, die die kalte Luft zum Kaltgang lenken, wo sie benötigt wird. In diesem Zusammenhang ist auch die Ausrichtung der Kabelführungssysteme und anderer Hindernisse im Doppelboden zu beachten. Kabel sollten nicht quer zu den Entlüftungsöffnungen der Luftversorgungseinheit und nicht vor ihnen verlaufen, da sie den Luftstrom blockieren. Die Kabeldichte sollte zur Mitte des Doppelbodens hin am größten sein, wo sie die geringstmögliche Behinderung darstellt. Selbst innerhalb eines Schranks muss die Lüftung gewährleistet sein. 600 mm breite Schränke bieten oft nicht hinreichend Platz für die Verkabelung, insbesondere wenn sie randvoll mit Servern oder Switches bestückt sind. Breitere Schränke hingehen schaffen den nötigen Platz für Aktivtechnik und Verkabelung und bieten mitunter eine "ZeroU"- Lösung, die den vertikalen Bereich zwischen den angereihten Schränken zum Patchen und zum Kabel-Management nutzt. Bei dieser Version arbeiten die Kühlgebläse der Geräte unbeeinträchtigt von der Kabelführung. Probleme entstehen genauso, wenn die Verkabelung oberhalb der Schränke verläuft und diese nicht sachgemäß verlegt ist. Overhead-Systeme sollten nicht über dem Warmgang verlaufen, da sie wie ein Deckel wirken und verhindern, dass sich die heiße Luft abführen lässt. Abhilfe bringt das Verlegen der Verkabelung über dem Kaltgang. Wärmeeffiziente Schränke Neben der Verwendung breiterer Schränke mit verbesserter Kabelführung sind wärmeeffiziente Schränke eindeutig die bessere Wahl. Diese Schränke sind so konstruiert, dass der Luftstrom kontrolliert geführt ist, um eine größtmögliche Kühlwirkung zu erzielen, ohne zu Lasten der Verkabelungs- und Gerätedichte zu gehen. Front- und Rücktüren mit hohem Luftdurchsatz verbessern den Luftaustausch zur Absicherung einer ordnungsgemäßen Warm-/Kaltgang-Luftzirkulation. Optionales Zubehör wie Dachlüfter zur Kühlung, Bürstenleisten, Blindplatten und Kabeldurchführungen unterstützen die Lüftung und Temperaturregelung. Zum Teil bieten Schrankhersteller vertikale Abluftkanäle (Kamine) an, um die Abwärme auf passive Weise direkt von der Aktivtechnik in den Rückluftbereich abzuleiten und so die Wirksamkeit der Klimageräte zu erhöhen. Ein weiterer hocheffizienter Ansatz für Schränke mit erhöhter Wärmelast ist eine gezielte zusätzliche Kühlung. Kühltüren mit Wärmetauscher helfen, die Betriebskosten zu senken, indem eine zusätzliche Kühlung nur dann und dort erfolgt, wo es die Wärmelast erfordert. Diese Niedrigenergielösungen verbrauchen bis zu 80 Prozent weniger Strom als alternative Varianten und sind zudem wartungs- und geräuscharm. Überwachungs- und Kontrollsysteme nutzen Überwachungs- und Kontrollsysteme ermöglichen eine häufige oder sogar Echtzeitüberprüfung des RZ-Verhaltens. Mit dieser Innovation lassen sich die Kühleffizienz im RZ messen und überwachen und entsprechende Anpassungen, basierend auf Automation, Bedarf und Auslastung vornehmen. Je höher der Automationsgrad des Systems ist, desto größer sind die potenziellen Energieeinsparungen. Natürlich gilt der Grundsatz, dass nichts korrigierbar ist, was nicht gemessen werden kann. Wie will ein Betreiber ohne genaue Baseline einschätzen, ob die Korrektur auch wirklich greift? Mithilfe des Datacenter-Infrastructure-Managements (DCIM) und anderen Energie-Management-Tools ergeben sich beispielsweise detaillierte Informationen zum Stromverbrauch bis hinunter auf die Ebene der Leistungsübergabe im Rack oder Schrank. Daraus lässt sich ermitteln, wie effektiv die Hardware in einer bestimmten Umgebung arbeitet. Entscheidend ist daneben auch, die Leistungsversorgung im gesamten RZ zu messen und zu überwachen, denn was ursprünglich geplant wurde, ist selten das, was aktuell - selbst nach zwei kurzen Jahren - tatsächlich vorhanden ist. Die gesammelten Daten müssen nützlich und verwertbar und durch ein benutzerfreundliches Software-Tool gestützt sein, das Was-wäre-wenn-Szenarien zulässt. Eine intelligente Stromverteilung (PDU) liefert wertvolle Daten zum Stromverbrauch und versorgt das kritische IT-Equipment zuverlässig mit Strom. Die verschiedenen Ausführungen bieten Informationen in Echtzeit und arbeiten mit einem unterschiedlichen Grad der Intelligenz, der von der einfachen Messfunktion bis zum vollständigen Management reicht, abhängig vom erforderlichen Umfang der Datenerfassung und Steuerung. Zu den Vorteilen zählen reduzierte Energiekosten, verbessertes Management und optimierte Energiekapazität, darüber hinaus schnelle Erkennung und Vermeidung potenzieller Probleme zur Sicherstellung der Verfügbarkeit und eine effiziente Steuerung der Energiefunktionen zur unverzüg-lichen Problembehebung.
Lesen Sie mehr zum Thema
