Luft kann das Wasser reichen
Green Computing ist mehr als nur Flüssigkeitskühlung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Systematische Optimierung von Komponenten
Wie können luftgekühlte Systeme auf der Grundlage des Green-Computing-Konzepts nun die Bedürfnisse von Anwendungen mit höchsten Kühlanforderungen erfüllen? Ein dafür geeignetes luftgekühltes System sollte hinsichtlich der Komponenten, der Software und des gesamten Systems ein hochwertiges und umweltfreundliches Design und eine entsprechende Optimierung aufweisen. Ein genauerer Blick auf die Methoden lohnt sich also. Auf Komponentenebene lässt sich das strukturelle Design von Komponenten wie Lüftern, Luftkanälen und Kühlern optimieren, um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern. Die positiven Auswirkungen sind:
- Verbesserter Luftstrom: Für eine effiziente Luftkühlung bedeutet mehr Luftstromvolumen eine verbesserte Kühlung, um die Wärme abzuführen. Einige Schlüsselfaktoren zur Erhöhung des durch den Server strömenden Luftvolumens sind der Anstellwinkel des Lüfterblatts und die Öffnungsfläche der Front- und Rückblenden.
- Stabilere Kühlleistung: Die Effizienz des Kühlprozesses ist bei einem festgelegten Energieaufwand direkt proportional zur Gleichmäßigkeit des Luftstroms. Um dies zu erreichen, werden strenge Anforderungen an das Design von Luftkanälen mit geringem Widerstand gestellt. Dies erfordert eine anspruchsvolle Konstruktion der Wellenleiteröffnungen und Backplanes, die sorgfältig entwickelt wurden, um interne Turbulenzen zu verringern und einen optimierten Luftstrom zu gewährleisten. Solche Designs sind entscheidend für die Optimierung des Wärme-Managements und tragen zu einem effektiveren und energieeffizienteren Kühlsystem bei.
- Innovative Kühlkörper: Die Identifizierung von Anpassungsoptionen und Optimierung des Kühlkörpers kann die Kühlleistung direkt verbessern. So kann beispielsweise eine Vergrößerung der Kühlrippenoberfläche des Kühlkörpers die Luftkühlungsanforderungen für eine CPU mit 500 W TDP erfüllen. Ein Siphon-Kühlkörper, der Phasenwechsel für eine effiziente Wärmeleitung nutzt, kann die Wärmeableitung um 15 Prozent verbessern und den Stromverbrauch um 10 Prozent senken und so den Kühlbedarf eines 1U-Zwei-Sockel-Servers mit einem 350-W-Prozessor decken. Ein EVAC-Kühlkörper (Enhanced Volume Air Cool) könnte die CPU-Temperatur unter Volllast im Vergleich zu einem Standardkühlkörper von 85 °C auf 75 °C senken.
- Effizientere Stromversorgung: Server-Hersteller können neue Materialien für Batterien auswählen, um Effizienz und Stabilität zu verbessern. Beispielsweise gilt ein GaN-Netzteil (PSU) aufgrund seiner hohen Schaltfrequenzen heute als optimale Wahl. Des Weiteren können 3,2-kW-Titan-Netzteile auf GaN-Basis eine ausreichende Leistungsdichte liefern und so den Energieverbrauch deutlich senken.
Auf Softwareebene können Energiesparmaßnahmen durch intelligente und granulare Steuerung der Komponenten, einschließlich Stromversorgung und Lüftergeschwindigkeit, ergriffen werden. Dieser Ansatz ermöglicht Verbesserungen wie:
- Intelligente Energiesteuerung: Die intelligente Verwaltung der Stromversorgung von Festplatten wird durch den Einsatz komplexer programmierbarer Logikbausteine (CPLD) verbessert. Dieses fortschrittliche System ermöglicht eine selektive Begrenzung des Systemdurchsatzes auf bestimmte Festplatten und erleichtert den Übergang anderer Festplatten in einen Ruhezustand. Durch die Implementierung einer Verwaltung auf Festplattenebene kann dieser Ansatz potenziell bis zu 70 Prozent des Stromverbrauchs einsparen, was einen erheblichen Fortschritt bei der Energieeffizienz von Datenspeichersystemen darstellt.
- Verbesserte Kühlstrategie: Unterschiedliche Arbeitslasten erfordern unterschiedliche Kühlstrategien. Neben der Definition unterschiedlicher Kühlstrategien können Serverhersteller Sensoren in Server einbauen, um die Temperaturinformationen in Echtzeit an verschiedenen Stellen zu messen und so eine dynamische und intelligente Steuerung der Lüfter zu erreichen.
Betrachtet man das Gesamtsystem, so sind Rack-Scale-Server-Lösungen ein vielversprechender Ansatz, der durch die Zentralisierung von Stromversorgung, Kühlung und Verwaltung für das gesamte Rack dazu beitragen kann, die Energiekosten und die Gesamtbetriebskosten weiter zu senken. Die Rechendichte von Rack-Scale-Server-Lösungen kann um 100 Prozent erhöht und die Anschaffungskosten um 80 Prozent gesenkt werden.
Mit Hilfe gemeinsam genutzter Lüfter lässt sich die Kühlleistung erheblich steigern. Neben den effizienteren Lüftersteuerungen können auch größere Lüfter, etwa solche mit mehr als 2U, verwendet werden. Durch die Bündelung der Stromversorgung können mit Rack-Scale-Server-Lösungen bis zu tausend Einheiten jährlich 2,5 Millionen Kilowattstunden Strom eingespart werden.
Fazit
Durch systematische Optimierung lassen sich Server Spitzenkühlleistungen erzielen. Ein Beispiel für eine solche Lösung ist der fortschrittliche Multi-Node-Server K22V2. Dieser innovative Server verwendet eine 2U-Halbbreitenarchitektur, bei der die Knoten horizontal angeordnet sind – ein innovativer Designansatz. Dieses energieeffiziente Layout verleiht dem Server eine Kühlleistung, die unter identischen Rechenbedingungen 40 Prozent besser ist als die von zwei standardmäßigen 1U-Rack-Servern. Zudem erreicht er eine Reduzierung des Stromverbrauchs um bis zu 8 Prozent.
Clark Li ist Country Manager bei Kaytus für die Region DACH.
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