Blades reduzieren die Komplexität

17.05.2006
Von Jörg Dehnen 
Der Anteil der Blade-Rechner am Server-Geschäft steigt, trotz wunder Punkte wie hoher Stromverbrauch und des damit verbundenen erhöhten Kühlbedarfs.

Als RLX 2001 die ersten schmalen, steckbaren und modularen Server ankündigte, lag der Knall der Dotcom-Blase noch in der Luft. Wer erfolgreich wirtschaften wollte, musste fortan wieder verstärkt darauf achten, seine Ausgaben in einem vernünftigen Rahmen zu halten. Die "Total Cost of Ownership" (TCO) avancierte zur stehenden Formel für sämtliche IT-Investitionen. Die IT-Infrastruktur gestaltete sich angesichts wuchernder Server-Farmen zunehmend komplex, verwaltungs- und personalaufwändig.

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Was sind Blade-Server?

Blade-Rechner sind ultradicht bestückte Steckkarten, auf denen ein kompletter Server inklusive Prozessor, Festplatte, Hauptspeicher und Ethernet-Anschluss untergebracht ist. Diese Server-Karten oder "-Klingen" (Blades) werden senkrecht nebeneinander in ein Gehäuse (Chassis) gesteckt. Kühlsystem, Stromversorgung, Netzwerkverbindung und andere Funktionen sind darin ebenfalls untergebracht und werden von den Servern gemeinsam genutzt.

Betriebskosten gestern und heute

Für 100 Server fallen an: 1994 2006

Strombedarf 8 KW 48 KW

Jährliche Stromkosten 2803 Dollar 42048 Dollar

Kosten für Klimatisierung 1401 Dollar 21024 Dollar

Anteil der Strom- und Kühlungs- 0,8 Prozent 12,6 Prozent kosten an den Gesamtkosten (Anschaffungspreis: 5000 Dollar je Server)

Noch im Jahr 1994 ging es im Rechenzentrum hauptsächlich um das Thema Rechenleistung. 2006 dreht sich alles um den Energieverbrauch.

Kampf mit der Komplexität

Gerade in mittelständischen Betrieben fehlte und fehlt es hierfür häufig an Manpower und Know-how. So wünschen sich IT-Leiter bis heute Lösungen, die einerseits die Komplexität in den Rechenzentren reduzieren und sich andererseits bei Bedarf schnell erweitern lassen. Für Server bieten sich die neuen Server-Klingen als Alternative zu den klassischen Rack- oder Tower-Systemen an.

Der augenfälligste Unterschied des Blade-Konzepts zu klassischen Servern liegt in der Kompaktheit. Da in ein Chassis mit drei Höheneinheiten bereits eine ganze Serie von Servern passt, kann in einem Standard-Rack ein ganzes Rechenzentrum Platz finden: Im Falle von Dual-CPU-Blades arbeiten bis zu 520 Prozessoren in einem 19-Zoll-Rack auf engsten Raum zusammen. Aber nicht nur diese geballte Rechenkraft spart Platz. Im Unterschied zu aufeinander getürmten flachen Servern mit einem oder zwei Höheneinheiten - den so genannten Pizzaboxen - stecken bei Blade-Rechnern Verkabelung, Stromverteiler und Switches im gemeinsamen Chassis. Bis zu 83 Prozent der Verkabelung lassen sich so einsparen. Theoretisch finden im Server-Raum ungefähr doppelt so viele Blade-Server Platz wie herkömmliche Systeme. Durch diese Funktionsdichte bieten sich Blade-Konzepte gerade für Konsolidierungsaufgaben an.

Weniger Verwaltungsaufwand

Die Tatsache, dass in einem Blade-System die verschiedenen Server eine gemeinsame Plattform nutzen, vereinfacht auch das Management der Maschinen erheblich und trägt so zu geringerer TCO bei. Von großer Bedeutung ist dabei, dass sich alle Gehäusekomponenten und Server von einer zentralen Kontrollstelle aus via Remote-Management verwalten lassen. So können auch Filialen, die oft über keine Fachkräfte vor Ort verfügen, dank Blade-Rechnern in das zentrale Management einbezogen werden. Das spart Zeit und Kosten, wenn es darum geht, Betriebssysteme, Anwendungen oder Updates zu installieren. Je nach Hersteller stehen dafür Highend-Werkzeuge mit Automatisierungs- und Kontrollfunktionen zur Verfügung, die Installationsprozesse beschleunigen, Leistung und Engpässe überwachen und bei Bedarf gegensteuern. Inzwischen warten selbst kleine Blade-Server mit klassischen "Always-on"-Tugenden aus der Mainframe-Welt auf.

Damit ist gleichzeitig gesagt, dass Blades auch in Sachen Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit hohen Anforderungen genügen. Das praktische Setup der Technik ermöglicht beispielsweise auch Wartung und Austausch defekter Teile im laufenden Betrieb. Dabei werden einzelne Komponenten einfach aus dem Chassis herausgezogen, und ein anderes Blade übernimmt inzwischen deren Aufgaben. Die Systeme lassen sich dabei so konfigurieren, dass ein ausgefallenes System automatisch per Failover durch ein anderes ersetzt wird.

Das Setup ermöglicht auch eine hohe Flexibilität: Einzelne Blades können mit jeweils unterschiedlichen Aufgaben betraut werden, und ein Mix von Servern ist möglich. Damit kann der Administrator zum Beispiel innerhalb eines Gehäuses Print-Server mit Web- und Applikations-Servern mischen. Für eine neue Anwendung wird einfach nur ein zusätzliches Blade in das Chassis gesteckt, denn die entsprechenden Infrastrukturkomponenten wie Switches, Kühlung und Strom sind bereits vorhanden.

Gut gekühlte Rechenköpfe

Wenn auf engstem Raum so viele Prozessoren arbeiten, dann entsteht sehr viel Abwärme und stellt das Klimasystem eines Server-Raums vor große Herausforderungen. Früher rechneten die RZ-Leiter mit 1000 bis 1200 Watt Abwärme pro Quadratmeter, worauf die Klimatisierung in den meisten Rechenzentren auch ausgerichtet ist. Die hohe Prozessordichte in Blade-Chassis kann jedoch zu einer Abwärme von 4000 bis 8000 Watt pro Quadratmeter führen. In der Vergangenheit hatte das zur Folge, dass Server-Racks gar nicht mehr voll bestückt wurden. Denn ein voll bestücktes 19-Zoll-Gehäuse produziert bis zu 30 oder 35 Kilowatt an heißer Luft, während die meisten Klimaanlagen im Server-Raum noch auf eine Abkühlung von 15 bis 20 Kilowatt ausgelegt sind.

Durch klimatechnisch günstige Aufstellung der Server und zusätzliche Kühltechniken muss der notwendige Ausgleich geschaffen werden. Hier greifen die Blade-Hersteller zu verschiedenen Mitteln, von speziellen wassergekühlten Blechtüren an der Rückseite bis zu diversen Belüftungssystemen mit wenigen großen oder vielen kleinen Ventilatoren. Zu bedenken ist allerdings, dass der Einsatz vieler Luftquirls auch die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht, ein manuelles Handeln nach sich zieht und dem Gedanken der Fernwartung zuwiderläuft. Die Kühlspezialisten haben teilweise äußerst pfiffige Lösungen für dieses Problem gefunden.

Wie spare ich Strom?

Eng mit dem Problem der Kühlung ist die Frage des Stromverbrauchs verknüpft - für viele IT-Leiter ist das mittlerweile sogar wichtiger als die Rechenleistung. Denn Kostensenkung läuft heute in starkem Maße über den Stromverbrauch. Auch für diesen Problemkreis haben die Hersteller mittlerweile diverse Lösungen entwickelt. Die Prozessorhersteller AMD und Intel bringen auch für Server besonders verbrauchsarme CPUs auf den Markt, die sich an der Notebook-Technik orientieren. Bei der Architektur von Blade-Servern sorgt das Design für sparsamen Energieverbrauch: Komponenten wie Switch oder Ventilator, die von allen Blades gemeinsam benutzt werden, müssen nur einmal (eventuell redundant) vorgehalten werden. Das senkt Stromverbrauch und Betriebskosten ganz allgemein. Viel an Abwärme sparen kann man auch bei den Netzteilen, wenn sie mit einer Energieeffizienz von 91 Prozent statt mit nur 65 Prozent arbeiten. Das Einsparpotenzial in diesem Bereich kann je nach Lösung bis zu einigen 100000 Euro im Jahr ausmachen.

Blades im Einsatz

Blades eignen sich besonders für rechenintensive Aufgaben, bei denen möglichst viele, gleichartige Rechenvorgänge schnell und zuverlässig abgearbeitet werden müssen. Mögliche Anwendungsgebiete sind - neben Konsolidierungsaufgaben - daher etwa Web-Server oder die Bereitstellung virtueller Thin Clients via Citrix. Highend-Blades wie das auf Power-Prozessoren basierende "JS21" von IBM werden dabei auch für rechenintensive Spezialaufgaben herangezogen, etwa für Simulationen im geo- und biomedizintechnischen Bereich, im Finanzwesen oder für Rendering-Aufgaben.

Platzhirsche behaupten sich

Auch wenn die Blade-Systeme stark im Kommen sind, heißt das noch lange nicht, dass sie das neue Nonplusultra im Server-Raum vorgeben. Überall dort, wo es um die Vorhaltung und Verarbeitung großer Datenmengen geht, also beispielsweise in den Kundendatenbanken von Banken, sind Großrechner in Sachen Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit nach wie vor die vorherrschende Lösung. Auf diese sind das Personal geschult und die Anwendungen geschrieben. Und wenn ein Unternehmen seine Anwendungen auf Unix-Rechnern laufen hat, wird es sich selten lohnen, bei einer neu hinzukommenden Applikation plötzlich einen Blade-Server einzusetzen. Ebenso wenig wird ein mittelständisches Unternehmen, das jahrelang ohne den geringsten Zwischenfall mit einem bestimmten Server-Typ arbeitet, die Architektur wechseln und den Projektaufwand für einen Umstieg in Kauf nehmen.

Der Blade-Markt

Trotzdem wächst auf dem Server-Markt das Blade-Segment derzeit am stärksten. Während die Marktzahlen der Rack- und Tower-Lösungen über die letzten Jahre ein relativ konstantes Bild zeigen, haben nach IDC-Zahlen die schmalen Server nach Umsatz seit 2003 jährlich um rund die Hälfte zugelegt. Das Feld teilen sich hier IBM mit einem Anteil von 42 Prozent, gefolgt von HP mit 32 Prozent und Dell mit neun Prozent.

Ein bedeutender Faktor für das weitere Geschehen auf dem Markt wird neben dem Preiskampf auch sein, wie es den Wettbewerbern gelingt, ihr Ökosystem zu erweitern. Dies kann etwa durch Allianzen geschehen oder auch durch die Offenlegung der Design-Spezifikationen. Ein solcher Schritt lädt andere Hersteller dazu ein, Lösungen für diese Plattform zu entwickeln. Zudem tragen Initiativen wie Blade.org zur Erweiterung des Ökosystems bei. Unternehmen wie AMD, Brocade, Cisco, Citrix, Netapp, Nortel, Novell, Red Hat, Symantec, VMware, Voltaire, Wyse und andere gehören mittlerweile dieser Community an.

Viel Raum für Innovationen

Nach der erwähnten IDC-Untersuchung ist der Trend klar: Dank Blades und dank Virtualisierungstechniken werden Rechenzentren immer kleiner. Entsprechend dem immer noch gültigen Mooreschen Gesetz versammelt sich auch weiterhin immer mehr Rechenkraft auf engstem Raum. Dies setzt sich im Blade-Bereich in zahlreichen Innovationen durch. Nicht nur, dass die Rechenklingen immer tauglicher für Highend-Funktionen wie die Virtualisierung werden, auch ihre steigende Leistung prädestiniert sie für immer anspruchsvollere Aufgaben.

Multicore-Chips im Kommen

So verfügt etwa der erste Blade-Server, der mit dem Cell-Prozessor arbeitet, über neun Prozessorkerne je Chip. Er wurde für Aufgaben entwickelt, die besonders rechenintensiv sind und breitbandige Multimedia-Anforderungen stellen, wie sie die Filmindustrie hat. Blade-Server mit eingebauten Virtualisierungskapazitäten gibt es auch schon. Sie eignen sich etwa für Unternehmen der Bioinformatik, für Grid Computing und für rechenintensive Aufgaben in den Branchen Fertigung, Handel oder Erdölexploration.

Wuchernde Server-Landschaften, so scheint es, werden bald der Vergangenheit angehören. Dank Blades werden sie zumindest auf ein gesundes Maß zurechtgestutzt. Ganz verschwinden werden sie wohl erst, wenn IT im Rahmen von Service-orientierten Architekturen vollständig und je nach Bedarf aus dem Glasfaserkabel gezapft wird. (kk)