Energiesparen auf Rack-Ebene
Rechenzentren müssen möglichst effizient arbeiten und eine optimale Verfügbarkeit sicherstellen. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist die richtige Stromverteilung. Ein Problem bei herkömmlichen Methoden zur Stromversorgung der Racks ist die hohe Dichte der Stromverbraucher sowie der stetige Anstieg des Stromverbrauchs und der daraus resultierenden Energiekosten von Rechenzentren.
Wichtige Fragen, die sich IT-Verantwortliche bezüglich der optimalen Stromversorgung von Racks
in Rechenzentren stellen sollten, umfassen: Mit welcher Spannung werden alle IT-Geräte betrieben?
An welche Stromkreise sind die einzelnen Racks angeschlossen? Wie ist die Anzahl und Art der
Stromverteilungseinheiten (Power Distribution Units, PDUs)? Über welche Funktionen und
Leistungsmerkmale sollten die Stromverteilungseinheiten verfügen? Ist eine fernverwaltete
Stromverteilung möglich?
Spannung
Die meisten modernen IT-Geräte werden einphasig betrieben. Allerdings sind die meisten IT-Geräte
in der Lage, Spannungen zwischen 100 V und 250 V aufzunehmen. Dies liegt daran, dass alle
Hersteller universelle Netzteile bauen möchten, die in allen Regionen der Erde verwendbar sind.
Außerhalb Nordamerikas ist die Wahl der richtigen Spannung kein Problem, weil von der
Elektroinfrastruktur nur eine Spannung (220 V, 230 V oder 240 V) unterstützt wird, die in den
zulässigen Bereich fällt.
Stromkreise
Die meisten auf dem Markt erhältlichen IT-Geräte verfügen über doppelt redundante Netzteile. Um
die eingebaute Redundanz des IT-Geräts zu nutzen, sollten Betreiber von Rechenzentren mindestens
zwei voneinander unabhängige Stromkreise (N + N) vorsehen, die zu jedem Rack geführt werden.
Idealerweise sollten beide Stromkreise an unterschiedliche Stromquellen angeschlossen und in der
Lage sein, die gesamte prognostizierte Lastkapazität des Racks zu unterstützen.
Angesichts der immer weiter zunehmenden Dichte von Stromverbrauchern im Rechenzentrum ist es
sehr wichtig, die voraussichtlichen Lasten innerhalb der einzelnen Racks genau zu ermitteln. Die
Tabelle zeigt die maximale Lastkapazität, die von typischen Stromkreisen üblicherweise bewältigt
werden kann.
Bei der Entscheidung, an welche Stromkreise die einzelnen Racks anzuschließen sind, ist zu
bedenken, dass Rechenzentren in der Regel mit Dreiphasenstrom (Drehstrom) versorgt werden. Da Racks
mit niedriger Dichte problemlos über eine Phase versorgt werden können, haben sich die Betreiber
von Rechenzentren in der Vergangenheit oft dafür entschieden, die Phasen am Ausgang der auf dem
Boden installierten Stromverteilungseinheiten voneinander zu trennen und einzelne Phasen in die
verschiedenen Racks einzuspeisen. Bei Lastdichten von mehr als 5 kW pro Rack empfiehlt es sich
jedoch, das Rack mit Dreiphasenstrom zu versorgen.
Eine dreiphasige Stromversorgung auf Rack-Ebene bietet mehrere Vorteile, darunter erstens
niedrigere Verkabelungskosten: Lasten von mehr als 5 kW innerhalb eines Racks können ebenso gut
über einen einzigen dreiphasigen Stromkreis wie über mehrere einphasige Stromkreise unterstützt
werden. Je weniger Stromkreise zu den einzelnen Racks geführt werden müssen, desto niedriger sind
die Verkabelungskosten. Der zweite Vorteil ist die größere Zuverlässigkeit der
Elektroinfrastruktur: Durch eine dreiphasige Stromversorgung und die Nutzung von Rack-installierten
Stromverteilungseinheiten mit Phasenmessfunktionen verfügen RZ-Betreiber über bessere
Voraussetzungen für eine gleichmäßige Lastverteilung auf alle drei Phasen. Durch eine gleichmäßige
Lastverteilung werden Oberwellen minimiert und Überhitzungen des Nullleiters verhindert.
Hinzu kommt die größere Zuverlässigkeit der IT-Infrastruktur: Eine geringere Anzahl von
Stromkreisen sorgt für eine bessere Luftzirkulation, wodurch wiederum einer Überhitzung von Geräten
vorgebeugt wird. Durch die höhere Kapazität dreiphasiger Stromkreise bleibt außerdem mehr Spielraum
für zukünftige Erweiterungen, sodass zusätzliche Geräte installiert werden können, ohne die
Stromversorgung der vorhandenen Geräte zu beeinträchtigen.
Physische Merkmale der Stromverteilungseinheiten
Bei der Auswahl von Rack-installierten Stromverteilungseinheiten sind drei wesentliche physische
Eigenschaften zu berücksichtigen: der Formfaktor, die Art des Anschlusses und die Anzahl der
Buchsen. Rack-installierte Stromverteilungseinheiten sind sowohl als vertikale als auch als
horizontale Modelle erhältlich. Bei horizontalen Stromverteilungseinheiten ist die Anzahl der
Steckdosen, die innerhalb des in einem 1U-Rack zur Verfügung stehenden Platzes untergebracht werden
können, gewöhnlich auf zehn oder weniger begrenzt. Wenn mehr Steckdosen benötigt werden, sollte man
auf vertikale Modelle zurückgreifen.
In den meisten Fällen empfiehlt es sich, Stromverteilungseinheiten mit IEC-Buchsen zu verwenden.
Sowohl die Hersteller der Geräte als auch die Hersteller der Stromverteilungseinheiten bieten
Verbindungskabel an, mit denen die IEC-Stecker der jeweiligen Geräte mit der entsprechenden
IEC-Buchse an der Stromverteilungseinheit verbunden werden können. Des Weiteren sollten die
Stromverteilungseinheiten über eine ausreichende Anzahl von Steckdosen verfügen, damit alle im
jeweiligen Rack installierten IT-Geräte angeschlossen werden können. Dabei sollte man bedenken,
dass manche Geräte mit mehreren redundanten Netzteilen ausgestattet sind, für die jeweils eine
eigene Steckdose benötigt wird. Bei einem Rack mit mehreren Blade-Servern ist gewöhnlich eine
geringere Anzahl von Steckdosen mit hoher Leistungskapazität erforderlich, während ein Rack mit
mehreren 1U-Servern eine größere Anzahl von Steckdosen mit geringerer Leistung erfordert.
Leistungsmerkmale der Stromverteilungseinheiten
Um bei allen unternehmenskritischen Systemen und Geräten eine optimale Verfügbarkeit zu
gewährleisten und Überlastung zu verhindern, sollten RZ-Betreiber auf Stromverteilungseinheiten
zurückgreifen, die über Mess- und Switching-Funktionen sowie Möglichkeiten zur Festlegung von
Grenzwerten für die Stromaufnahme verfügen. Wenn die verwendete Stromverteilungseinheit mehrere
Zweigstromkreise hat oder dreiphasig ist, sollte die Stromaufnahme für alle Zweigstromkreise oder
Phasen separat gemessen werden können.
Da die auf dem Typenschild angegebenen Nennstromdaten bei den meisten IT-Geräten zu hoch sind,
können Betreiber von Rechenzentren durch die Messung der Stromaufnahme an den
Stromverteilungseinheiten ermitteln, wie viel Strom die IT-Geräte tatsächlich ziehen. Damit
verfügen sie über eine gute Grundlage, um die elektrische Versorgungsinfrastruktur bei der
Installation zusätzlicher Racks oder bei der Planung und Implementierung neuer Rechenzentren
richtig zu dimensionieren.
Server oder Netzwerkgeräte, die nicht reagieren, sind ein Problem, mit dem jeder ITMitarbeiter
hin und wieder konfrontiert wird. Deshalb ist die Möglichkeit, Geräte aus der Ferne neu zu starten
oder ein- und auszuschalten, enorm wichtig, um Stillstandszeiten zu minimieren. Zudem senkt dies
die Betriebskosten, indem die Anzahl der mitunter teuren Anfahrten zum physischen Standort der
Geräte reduziert wird. Stromverteilungseinheiten mit solchen Switching-Funktionen bieten zudem eine
Reihe weiterer Möglichkeiten, die wichtig sind, um die Verfügbarkeit der angeschlossenen Geräte zu
verbessern.
Sequenzielles Hoch- und Herunterfahren: Beim Einschalten und Hochfahren ziehen IT-Geräte
erheblich mehr Strom als im normalen Dauerbetrieb. Wenn der Stromkreis nicht für die
Einschaltströme aller Geräte ausgelegt ist (was aus Kostengründen selten der Fall ist), kann ein
gleichzeitiges Einschalten aller im Rack installierten Geräte sehr leicht zum Auslösen
vorgeschalteter Sicherungen und zu einem Ausfall von Geräten führen. Bei Stromverteilungseinheiten
mit Switching-Funktionen können die einzelnen Buchsen zeitlich verzögert eingeschaltet werden,
sodass die Strombegrenzungen des jeweiligen Stromkreises beim Hochfahren aller in einem Rack
installierten Geräte nicht überschritten werden. Zudem gibt es Fälle, in denen Applikationen, die
voneinander abhängig sind, auf unterschiedlichen Servern laufen und deshalb in einer bestimmten
Reihenfolge heruntergefahren werden müssen. Auch dafür sind solche Stromverteilungseinheiten eine
geeignete Lösung.
Wenn bei einem Zweigstromkreis bestimmte Stromgrenzwerte überschritten werden, bieten die
meisten Stromverteilungseinheiten mit Switching-Funktionen die Möglichkeit, ungenutzte Buchsen, die
an den entsprechenden Zweigstromkreis angeschlossen sind, zu sperren. Dies verhindert, dass
versehentlich zusätzliche Geräte an den Stromkreis angeschlossen werden, sodass eine
ununterbrochene Verfügbarkeit der angeschlossenen Geräte sichergestellt wird.
Fernverwaltung
Es ist wichtig, dass die mit Switch- und Messfunktionen ausgestatteten Stromverteilungseinheiten
aus der Ferne verwaltbar sind. Bei der Auswahl von Fernverwaltungslösungen sollten die folgenden
Fragen gestellt werden:
Passt die Fernverwaltungsstrategie für die Stromverteilungseinheiten zu den Tools, die für die
Verwaltung aller anderen IT-Geräte im Einsatz sind? Aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit sollte
den IT-Mitarbeitern eine integrierte Schnittstelle für sämtliche Geräte, für die sie zuständig
sind, zur Verfügung stehen. Dies gilt auch für die Stromverteilungseinheiten.
Können die Stromverteilungseinheiten auch "out of band" verwaltet werden?
In-band-Verwaltungs-Tools sind zwar leicht zu benutzen, aber auch anfällig für Probleme, die durch
die mit ihnen verwalteten Geräte entstehen können.
Ermöglicht das Fernverwaltungs-Tool einen globalen, integrierten Überblick über alle im
Rechenzentrum installierten Stromverteilungseinheiten?
Wird beim Zugriff auf die Steckdosen eine sichere Authentifizierung vorgenommen?
Ist das Fernverwaltungs-Tool in der Lage, alle angeschlossenen Stromverteilungseinheiten
automatisch zu erkennen?
Ermöglicht das Tool die Gruppierung von Steckdosen? Durch eine entsprechende Gruppierung ist die
Stromversorgung mehrerer Geräte auf einmal zu steuern. Dieses Leistungsmerkmal ist besonders
praktisch, wenn ein Server, der mehrere Netzteile hat, hängen bleibt. Die Gruppierung stellt beim
Ein- und Ausschalten der Stromversorgung aller Netzteile sicher, dass die Stromversorgung des
gesamten Servers wiederhergestellt wird.
Fazit
Eine gut geplante Stromverteilungsstrategie für Racks ist eine wichtige Voraussetzung für eine
kontinuierliche Stromversorgung aller IT-Geräte und die Überwachung und Eindämmung des
Stromverbrauchs. Von besonderer Bedeutung sind dabei die elektrischen und physischen Eigenschaften
der Stromverteilungseinheiten sowie die Verwaltungsmöglichkeiten.
Aus elektrotechnischer Sicht sollten nach Möglichkeit IT-Geräte zum Einsatz kommen, die mit 200
V bis 250 V betrieben werden. Ist die Gesamtlast der in einem Rack installierten Geräte höher als 5
kW, sollte eine dreiphasige Stromverteilungseinheit Verwendung finden, während bei geringeren
Lasten eine einphasige Stromverteilungseinheit ausreicht. Im Hinblick auf ihre physischen
Eigenschaften sollten Stromverteilungseinheiten leicht installierbar sein und über eine
ausreichende Anzahl von Steckdosen verfügen, damit alle im Rack installierten ITGeräte
angeschlossen werden können. Dabei bieten fernverwaltbare Stromverteilungseinheiten mit Switching-
und Messfunktionen gute Voraussetzungen, um die Verfügbarkeit und Effizienz von Rechenzentren
sicherzustellen.
