Verkabelung als ganzheitlicher Ansatz
Cleveres Cabling spart Energie
Beim Stichwort "Energieeffizientes Datacenter" denken viele an Einsparpotenziale bei Servern, Switches und Klimageräten. Dass auch die passive Verkabelung einen signifikanten Beitrag zur Verbrauchs- und Kostensenkung leisten kann, bleibt oft außen vor. Cleveres Cabling kann jedoch durchaus verborgene Einsparpotenziale im Rechenzentrum nutzbar machen - ein Plädoyer auch für LWL.
Für die energieeffiziente Klimatisierung von Rechenzentren ist in den letzten Jahren eine Reihe von Konzepten entstanden, die den Wirkungsgrad von Klimageräten und somit den Energieverbrauch optimieren sollen. Sie alle basieren im Wesentlichen auf der strikten Trennung von Kühlluft- und warmen Abluftströmen. Damit die Kaltluft ungehindert in die klimatisch sinnvolle Richtung strömen kann, müssen die IT-Racks blockadefrei zu erreichen sein. Auch Kabelstränge können die Luftströme ablenken, was zu unkontrollierten Vermischungen von Warm- und Kaltluft führt. Dies mindert die Effizienz des Kühlsystems und macht ein planvolles thermisches Management der Racks praktisch unmöglich.
Kabel sollten daher niemals in den Gängen zwischen den Racks - im Normalfall die Kaltgänge - laufen, sondern entweder oberhalb der Server-Schränke (Top-of-the-Rack-Verkabelung), innerhalb der Schränke (In-Rack-Verkabelung) oder im Doppelboden unter den Warmgängen. Dabei sollte in jedem Fall eine strukturierte Verkabelung installiert sein, bei der Trunk-Kabel zahlreiche Einzelverbindungen zu großen Strängen zusammenfassen.
Mehr Effizienz durch mehr Struktur
Mit vertikalen und horizontalen Kabel-Managern lassen sich diese bei geringem Zeitaufwand so anordnen, dass Luftzirkulation und Überblick im Rechenzentrum gleichermaßen gewährleistet sind. In jedem Fall zu vermeiden ist eine Punkt-zu-Punkt-Verkabelung, bei der je zwei einzelne Ports mit einem Kabel verbunden sind. Wächst die Zahl der benötigten Verbindungen, kann dieses Konzept zu einer "Spaghetti-Verkabelung" führen, die die Luftzirkulation im Datacenter stark beeinträchtigen kann und aufgrund ihrer Unübersichtlichkeit auch ein großes Risiko darstellt, wenn eine Wartung der Infrastruktur nötig ist.
Bei allen drei Varianten der strukturierten Verkabelung müssen die Planer und Techniker spezifische Anforderungen berücksichtigen. Das Verlegen im Doppelboden etwa ist relativ einfach und schnell zu bewerkstelligen. Die Kabel lassen sich mit größeren Biegeradien verlegen und Überlängen leichter ablegen als bei den anderen Varianten. Allerdings ist darauf zu achten, die Kabel nicht in die Kaltgänge zu legen, aus denen die Kühlluft von unten an die Server strömen muss. Für den Kabelaustritt ausgeschnittene Doppelbodenplatten stellen zudem eine Schwachstelle im Klimakonzept dar und müssen sorgfältig abgedichtet sein.
Bei der In-Rack-Verkabelung muss ein geeignetes Kabel-Management-System sicherstellen, dass die Kabel nicht quer über die Ansaug- und Ausblasöffnungen der Lüfter verlaufen. Da die Kabel vertikal in dem engen Raum zwischen den 19-Zoll-Geräten und der Rack-Wand und auf der horizontalen Ebene frei schwingend verlegt sind, müssen sie dünn sowie leicht und biegeflexibel sein. Eine hochwertige In-Rack-Verkabelung setzt also nicht nur intelligentes Zubehör voraus, sondern ganz bestimmte Cabling-Produkte.
Die Top-of-the-Rack-Verkabelung (ToR) läuft im Gegensatz zur Verlegung im Doppelboden keine Gefahr, die Kühlluftströme zu blockieren. Den Abwärmeluftstrom, der nach oben abgesaugt wird, können die an der Decke angebrachten Kabeltragsysteme unter Umständen jedoch behindern. Montage und Handling einer ToR-Verkabelung sind vergleichsweise umständlich: Die Kabelstränge sind nur über Leitern zugänglich, die Bestimmung der exakten Kabellänge im Vorfeld sowie das Management von Überlängen (und erst recht der Austausch einzelner Racks) erfordern meist einen erheblichen Zeitaufwand. Ablageflächen sind nicht vorhanden, und die oft scharfen Kanten der Führungsschienen stellen ein gewisses Risiko für die Ummantelungen der Kabel dar. Vor allem aber können bei der Vielzahl von Links, die in heutigen Rechenzentren nötig sind, die Kabelstränge schnell zu einer statischen Belastung der Raumdecken und Rack-Systeme werden. Eine ToR-Verkabelung lässt sich also nur mit Kabeln realisieren, die eine Vielzahl von Eigenschaften in sich vereinen und zugleich dünn, leicht, biegeflexibel, querdruck- und knickfest sind.
Kupfer wird zu sperrig
Dass eine strukturierte Verkabelung die effiziente DZ-Klimatisierung unterstützen kann, gilt zunächst unabhängig von der Art des eingesetzten Kabelmediums: Kupfer oder LWL. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass Kupferdatenkabel die eben genannten mechanischen Anforderungen der In-Rack- und ToR-Verkabelung tendenziell immer weniger erfüllen. Ein typisches kupferbasierendes Trunk-Kabelbündel mit insgesamt 72 Kanälen (12×Cu-Breakout, 6-Kanal) hat einen rund zehn Mal größeren Durchmesser als ein einzelnes, verseiltes LWL-Universal-Bündeladerkabel, das mit seinen 12×12 = 144 Fasern ebenfalls 72 Kanäle bereitstellt. Aufgrund seines geringeren Volumens wird das optische Kabel den Luftstrom stets weniger behindern als das Kupferkabel, abgesehen davon, dass es aufgrund seines geringeren Gewichts und der besseren Biegeeigenschaften leichter und sachgerechter zu verlegen ist.
Nicht nur das einzelne LWL-Kabel nimmt also weniger Platz ein als Kupferkabel; es verfügt auch über eine höhere Bandbreite und geringere Dämpfung und lässt damit größere Übertragungslängen zu. Zudem kann man LWL-Leitungen auch enger nebeneinander verlegen, weil sie das bei Cu-Kabeln nie ganz vermeidbare Problem des Übersprechens nicht kennen.
Trotzdem wird auch bei der Errichtung neuer Rechenzentren nach wie vor massiv in Kupfer-Infrastrukturen investiert, weil sie billiger in der Anschaffung sind. Die vermeintliche Kosteneinsparung wird sich aber in den meisten Fällen als Bumerang erweisen - und zwar als einer, der mit jeder Stromkostenabrechnung wiederkehrt.
Glasfaser ist wirtschaftlicher
Vergleiche zwischen den verschiedenen Kabeltypen haben gezeigt, dass pro Bit, das durch ein Kupferkabel übertragen wird, mehr Energie aufzuwenden ist als bei der Übertragung durch einen Lichtwellenleiter. Mit jedem schnelleren Protokoll wird der Energieeffizienzvergleich deutlicher zugunsten optischer Kabel ausfallen - nicht nur wegen der absoluten Leistungsaufnahme, sondern auch wegen des Wirkungsgrads. Denn bei der energieintensiven Übertragung durch Kupferkabel entsteht auch wesentlich mehr Abwärme als bei optischen Kabeln. Die vermeintlich "passive" Infrastruktur trägt somit zur Steigerung der Wärmelast im Rechenzentrum bei, die mit weiterem Energieeinsatz für die Klimageräte abgeführt werden muss - ein Teufelskreis.
Es wäre leichtfertig, die Lösung dieser Probleme auf die lange Bank zu schieben und erst einmal die künftige Hardwareentwicklung abzuwarten. Schon bei heutigen 10-GBit/s-Kupferinfrastrukturen ist die Port-Dichte oft auf vier bis acht Ports pro Schaltkarte begrenzt, weil für die Übertragung der Daten pro Port zwischen zehn und 15 Watt erforderlich sein können. Glasfaserkabel benötigen im Vergleich dazu nicht nur deutlich weniger Energie, sondern sind auch bei steigenden Übertragungsraten frei von den für Kupferkabel typischen Störeffekten wie Übersprechen, dielektrischem Verlust, Skin-Effekt und elektromagnetischen Interferenzen.
In Fachkreisen herrscht weitgehende Einigkeit darüber, dass höhere Packungsdichten auf den Boards der aktiven Hardware voraussichtlich ab etwa 2020 nur noch mit optischen Leitern auf den Platinen möglich sein werden. Dadurch rückt das Übertragungsmedium LWL noch näher an die Prozessoren heran: Nur durch den Umstieg auf Lichtwellenleiter kann das Cabling dann noch mit der Hardwareentwicklung mithalten, anstatt sie auszubremsen.
Kabelkompetente Beratung nutzen
Weil LWL-Verkabelung auch bei steigenden Datenraten grundsätzlich transparent bleibt, ist sie sehr zukunftssicher - in datentechnischer, aber auch in klimatischer und energetischer Hinsicht. Eine Rechenzentrumsverkabelung auf optischer Basis, die heute entsteht, kann daher mit einer Lebensdauer von mindestens zehn Jahren rechnen, was bei Kupferkabeln - gerade angesichts der steigenden Energiekosten - keineswegs gewährleistet ist. Somit ist trotz der höheren Kosten für die Erstanschaffung der LWL-Kabel ein betriebswirtschaftlich sinnvoller ROI problemlos erreichbar.
Einfach ein gegebenes Kupferkabel aufs Geratewohl durch "irgendein" Glasfaserkabel zu ersetzen, wäre nun aber die falsche Konsequenz. Vielmehr sollte bei Rechenzentrumsprojekten für das Cabling eine ebenso sorgfältige Bedarfsanalyse und -planung ablaufen wie für die anderen Gewerke. Dass noch immer bei allzu vielen RZ-Neubauten ineffiziente oder nicht adäquate Verkabelungen verlegt sind, dürfte nicht zuletzt daran liegen, dass die passive Infrastruktur oft eine zu niedriger Priorität genießt. Wer bei der Budgetierung nur die Kosten für Server, Switches und Klimaanlagen im Blick hat und dann kurz vor Inbetriebnahme feststellt, dass diese ohne Kabel nicht arbeiten können, wird sich notgedrungen für die billigste und sofort verfügbare Cabling-Lösung entscheiden und nicht unbedingt für die technisch sinnvollste.
Um eine ganzheitliche Sicht auf den Energiebedarf ihres Rechenzentrums zu erhalten und fundierte Investitionsentscheidungen treffen zu können, sollten IT-Entscheider sich unabhängig voneinander von Experten für die einzelnen Gewerke beraten lassen - auch für die Verkabelung. Eine solche Gesamtschau in der Planung vermeidet böse Überraschungen, weil sich dann beispielsweise schon bei der Planung die Trassierung der Kabel auf die Bedürfnisse der Klimatisierung abstimmen lässt.
Da sich die Leistungsanforderungen und die thermischen Gegebenheiten im RZ durch die Anpassung der aktiven Kapazitäten sehr schnell ändern können, sollten fachkundige Berater das Cabling aber auch während seiner Lebensdauer regelmäßig überprüfen. So lassen sich eventuelle Probleme schon in der Entstehungsphase erkennen und mit relativ geringem Aufwand beheben - bevor es zu horrenden Stromkostennachzahlungen oder gar Systemausfällen kommt.
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