RZ-Entwicklung im Wandel

Das sind die Anforderungen an ein Rechenzentrum der Zukunft

01.01.2016 von Dr. Ferri Abolhassan
Um optimale Bedingungen für eine leistungsstarke und zukunftssichere IT im Rechenzentrum zu schaffen, müssen Entwickler folgende Aspekte im RZ-Bau berücksichtigen.

Rechenzentren sind die Basis der IT. Sie sind die Biotope, in denen moderne Server- und Rechenanlagen den digitalen Betrieb ganzer Länder aufrechterhalten. Doch dieser Betrieb wird immer komplexer. Die Anforderungen an die Rechenzentren steigen mit der zunehmenden Digitalisierung der Wirtschaft. Entscheidend ist, ob es auch in Zukunft gelingt, optimale Bedingungen für eine leistungsstarke IT zu schaffen.

Die Infrastruktur eines Landes besteht aus Strom- und Telefonnetzen, der Energieversorgung, dem Straßen-, Schienen- und Luftverkehr und unzähligen anderen Dingen. Sie ist nicht nur die Grundlage für eine stabile Wirtschaft, sondern zugleich selbst ein bedeutender Teil dieser. Die gesamte Wirtschaft ist mittlerweile abhängig von IT-Infrastrukturen. Dabei nutzen mehr als 30 Prozent der mittleren und großen Unternehmen bereits heute Cloud Computing für Dokumentenmanagement und Geschäftssoftware. Tendenz steigend.

Ohne eine funktionierende Infrastruktur steht das Land still. Dasselbe trifft inzwischen auch auf die IT zu: Ausfälle oder Störungen von IT-Systemen haben massive wirtschaftliche Folgen innerhalb der gesamten Wertschöpfungskette. Diese reichen von einigen Tausend Euro bei kleinen Unternehmen bis zu mehreren Millionen Euro beim Wertpapierhandel. Auch deshalb kamen die Innovationsforscher von Borderstep 2014 zu dem Schluss, Rechenzentren als Basis der IT seien mittlerweile eine völlig unverzichtbare Infrastruktur, vergleichbar mit dem Stromnetz oder mit Verkehrswegen. Ihre Betreiber stehen nun vor der Aufgabe, den sich ständig wandelnden, zunehmend komplexen Anforderungen der Wirtschaft gerecht zu werden.

RZ
Über die Unterverteilung im ...
... Rechenzentrum werden alle Server flexibel und anforderungsgerecht mit Strom versorgt. Die Versorgung über zwei unterschiedliche Wege (A/B-Versorgung) gewährleistet einen unterbrechungsfreien Betrieb.
Die IBM Power 795 ist das Herzstück ...
... im Rechenzentrum der TUI Deutschland. Zwei Systeme in unabhängigen Rechenzentren sorgen für eine ständige Verfügbarkeit des Buchungssystems. An Spitzentagen wickelt die TUI darüber ca. 30 Millionen Online-Anfragen ab.
Um den Anforderungen der TUI ...
... Kunden gerecht zu werden, müssen agile IT-Infrastrukturen bereitgestellt werden. Die Klimatisierung der unterschiedlichen Rackhöhen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar.
Redundant ausgelegte Netzwerk-Komponenten ...
... gewährleisten den Informationsaustausch zwischen den mehr als 2.000 Servern und den Anwendern in über 1.000 Lokationen.
Die energieeffiziente Kühlung der ...
... Räumlichkeiten des Rechenzentrums ist ein Baustein der TUI Sustainability Initiative. Abhängig von der Wetterlage erfolgt die Klimatisierung der Räume deshalb über Rückkühler oder freie Kühlung.
Je zwei unabhängig ...
... betriebene USV-Anlagen mit jeweils mehr als 400 kW Leistung sorgen für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in den TUI Rechenzentren.

In Sachen IT sind diese Anforderungen klar: Neben der Kosteneffizienz haben vor allem Ausfall- und Datensicherheit, Datenschutz, volle Skalierbarkeit und die Verfügbarkeit von Daten und Systemen absolute Priorität. Gleichzeitig gewinnen Fragen zur Nachhaltigkeit angesichts steigender Energiekosten auch im Rechenzentrumsbetrieb immer mehr an Bedeutung. Um den geeigneten Rahmen für eine leistungsstarke IT zu bieten und für die Zukunft gerüstet sein, müssen heutige Rechenzentren all diese Aspekte in sich vereinen. Es reicht nicht aus, nur die aktuellen Pflichtanforderungen zu erfüllen.

Smart: Der Zukunft gewachsen durch Modularität und Automatisierung

Beim Bau eines Rechenzentrums müssen deshalb bereits heute die Grundlagen geschaffen werden, um künftigen IT-Anforderungen bei der Digitalisierung der Wirtschaft unmittelbar begegnen zu können. Hierfür entscheidend sind ein modularer, in allen Komponenten flexibler Aufbau sowie automatisierte Strukturen und Prozesse. Als Plattform angelegte IT-Architekturen sorgen dafür, dass notwendige Änderungen auch ohne grundlegende Eingriffe in die Infrastruktur des Rechenzentrums schnell und effizient implementiert werden können. Insbesondere die künftig noch viel rasanter steigenden IT-Lasten machen einen solchen anpassungsfähigen Aufbau als Plattform notwendig.

RZ
Die Top-Standorte fürs Data Center
Drei Beratungshäuser - Hurleypalmerflatt, Cushman & Wakefield und Source8 - haben ermittelt, in welchen Ländern Rechenzentren am sichersten betrieben werden können. Ausschlaggeben waren 13 Kriterien, 30 Staaten kamen in die Wertung. Unsere Bilderstrecke zeigt, welche Länder besonders gut abschnitten und was die Analysten jeweils ins Zeugnis schreiben.
2. Platz: Großbritannien
Das Vereinigte Königreich punktet ebenfalls mit flächendeckend schnellem Internet sowie mit dem traditionell geschäftsfreundlichem Klima. Allerdings bemängeln die Berater die schnell steigenden Energiepreise. Überhaupt setze Großbritannien zu sehr auf fossile Brennstoffe, was Punktabzüge bei Nachhaltigkeit und Energiesicherheit gibt. In der Studie finden sich deshalb laute Zweifel, ob die Platzierung im Spitzenfeld auf Dauer zu halten ist.
4. Platz: Deutschland
Eine führende Volkswirtschaft, auch ein führender Standort für Rechenzentren, konstatieren die Berater. Sie monieren zwar die hohen Steuern und Arbeitskosten, loben aber die Versorgung mit Breitband-Internet, die geringe Inflationsrate und die politische Stabilität. Das Abrutschen um einem Platz im Vergleich zum Vorjahr wird in der Studie mit den steigenden Energiepreisen begründet.
5. Platz: Kanada
In Kanada haben sich im vergangenen Jahr die Energiepreise und die Lohnkosten positiv entwickelt. Für einen etablierten Standort gab es aber einen überraschenden Absturz im Ranking der Internet-Bandbreite auf nur noch Platz 11. Laut Studie dürfte sich das im kommenden Jahr schon wieder verbessern, denn 2014 soll die Ausstattung mit neuer unterirdischer Verkabelung abgeschlossen sein. Das kühle Klima ist sowieso gut für den Data Center-Betrieb.
6. Platz: Hongkong
Das Ranking des Beratungs-Trios ist ungefähr das Gegenteil einer Werbebroschüre für asiatische Offshore-Paradiese. Positiv sticht da umso mehr Hongkong hervor. Auch dank seiner hervorragenden Telekommunikationsinfrastruktur habe sich das ehemals britische Verwaltungsgebiet als führendes Geschäftszentrum in Asien-Pazifik etablieren können, heißt es in der Studie. Die lokale Verwaltung habe sich das Ziel auf die Fahne geschrieben, Hongkong in der Region als erste Adresse auf dem Markt für Rechenzentren zu etablieren - offensichtlich mit Erfolg.
7. Platz: Island
Ja, der kühle Norden liegt insgesamt gut im Rennen. Island ist aber einer der diesjährigen Verlierer. Es ging um drei Plätze nach hinten, Schweden konnte beispielsweise vorbeiziehen. Hohe Lohnkosten sind laut Studie ein Problem, in Sachen Breitband-Konnektivität hat die Konkurrenz aufgeholt und überholt. Soll sich aber wieder verbessern, wenn die Unterwasser-Verkabelung mit den USA, Kanada und Großbritannien vollendet ist.
8. Platz: Norwegen
Neben Schweden in weiterer skandinavischer Aufsteiger - von Platz 12 im Vorjahr ging es in die Top Ten. Die Gründe: ausgeprägte politische Stabilität, natürliche Ressourcen wie Wasser im Überfluss, nachhaltige Energiekonzepte. Darüber hinaus kann man in Norwegen sicher und störungsfrei Geschäfte machen.
9. Platz: Finnland
Finnland hat seine Vorjahresplatzierung gehalten. Das Urteil der Berater fällt aber eher durchwachsen aus. Nirgendwo ist das Risiko von Naturkatastrophen geringer. Aber nirgendwo ist es laut Studie schlechter um die Energiesicherheit bestellt. Das sei der Preis dafür, dass man sich in nahezu totale Abhängigkeit von russischen Lieferungen gebracht habe.
10. Platz: Katar
2022 soll die Fußballweltmeisterschaft in Katar stattfinden. Bei den Fans und Spielern schrillen deshalb schon die Alarmglocken, weil es im Wüsten-Emirat sommers sehr heiß ist. Dem CIO geht es vermutlich ähnlich, wenn er ans den Kühlungsaufwand im Rechenzentrum denkt. Die Studie verteilt schlechte Zensuren für Nachhaltigkeit, Wasserversorgung und Lohnkosten. Auch noch für die Breitbandverkabelung. Aber da will die örtliche Telekommunikationsbehörde in den kommenden Jahren eine halbe Milliarde US-Dollar investieren. Ein paar gut entwickelte Rechenzentren gibt es vor Ort auch schon. Und so lautet das Gesamturteil: ein Standort, den man in Zukunft wahrscheinlich beachten muss.
11. Platz: Schweiz
Die Schweiz ist ins Mittelmaß abgerutscht, so attraktiv der starke Franken und die niedrigen Steuern auch sein mögen. Der Breitband-Internet-Ausbau stockt laut Studie. Auch die Lohnkosten schrecken ab.
12. Platz: Niederlande
Für die Niederlande ging es im Ranking leicht aufwärts. Positiv wirkte sich aus, dass man die hohen Lohnkosten etwas besser in den Griff bekommen hat. In Sachen Konnektivität ist man für europäische Verhältnisse sowieso bestens aufgestellt. Politisch stabil und einigermaßen gefeit vor Naturkatastrophen ist unser Nachbar auch. Allerdings gibt es so manche bürokratische Hürde im Geschäftsleben, was ein noch besseres Abschneiden verhindert.
13. Platz: Südkorea
Der Aufstieg zur Rechenzentrums-Macht hat sich erst einmal abgebremst. Der Strom ist nicht mehr ganz so günstig wie früher, außerdem wurden die Unternehmenssteuern erhöht. Südkorea ist zudem immer der Gefahr von Fluten und Wirbelstürmen ausgesetzt. Politisch sorgt allein der Konflikt mit dem nördlichen Nachbarn für chronische Unruhe, die Energieversorgung steht auf wackligen Bein. Ein gutes Zeugnis liest sich anders.
14. Platz: Frankreich
Aus deutscher Sicht ist der Vergleich mit Frankreich stets aufschlussreich. In diesem Ranking gilt: Der Nachbar kommt nicht vorwärts. Die Berater mäkeln vor allem an üppiger Bürokratie, hohen Lohnkosten und hohen Steuern. Ins Feld geführt werden außerdem politische Unruhen und gewerkschaftliche Aktivitäten. Nun ja, das Verdikt scheint durchaus ein wenig gefärbt. In den drei Schlüsselkategorien hat Frankreich Werte, die nahe an denen Deutschlands liegen.
15. Platz: Singapur
Zwei Plätze ging es nach oben - dank gesenkter Energiekosten und eines guten Geschäftsklimas. Für die Studienautoren ein attraktiver Standort für Rechenzentren. Ein Vorrücken in die Top Ten wurde vorerst durch hohe Lohnkosten und eine hohe Inflationsrate verhindert.

Einer der wichtigsten Treiber dieser Entwicklung ist Cloud Computing, das Borderstep zufolge weiterhin an Bedeutung gewinnen wird: Allein mit Software-as-a-Service-Lösungen (SaaS) sollen bereits im Jahr 2016 mehr als sechs Milliarden Euro in Deutschland umgesetzt werden. Noch 2012 lag diese Zahl bei gerade einmal einer Milliarde. Moderne Rechenzentren müssen in der Lage sein, dieses Wachstum - also diese Inanspruchnahme durch die Wirtschaft - mitzutragen. Das bedeutet: Sie müssen bereits heute in Dimensionen geplant sein, die erst in Zukunft benötigt werden. Und genau wie die Cloud müssen sie voll skalierbar sein, um jegliche Transformationsgröße zu bewältigen.

Hersteller berücksichtigen immer mehr diese Anforderungen und bieten Lösungen, die schon mit 150 virtuellen Maschinen arbeiten, aber schnell auf 500 virtuelle Maschinen aufzurüsten sind und Cloud-Dienste vom Infrastructure-as-a-Service (IaaS) bis Software-as-a-Service (SaaS) bieten. Dabei dürfen diese Rechenzentren jedoch weder an Effizienz verlieren noch an Wirtschaftlichkeit einbüßen. Dieser Balanceakt kann nur auf Basis einer ausgeprägten Modularität und Plattform-Architektur gelingen.

Sicher: Keine Fehler erlaubt

Hundertprozentige Sicherheit gibt es nicht - auch nicht bei der IT. Trotzdem müssen von Planungsbeginn an Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit der Server an erster Stelle stehen. Ziel ist eine Zuverlässigkeit von 99,999 Prozent. Das entspricht einem Ausfall von rund fünf Minuten pro Jahr. Das gilt besonders in einem Cloud-Rechenzentrum, das nicht nur Daten, sondern außerdem Software-, Platform- oder Infrastructure-as-a-Service-Lösungen hochverfügbar hält. Twin-Core-Rechenzentren sind ein Mittel der Wahl, um das zu erreichen. Daten und Systeme werden so permanent in einem Zwillingsrechenzentrum gespiegelt und stehen selbst dann zur Verfügung, wenn es in einem der Zwillinge zu Störungen und Ausfällen kommt. "Zero Outage" im Sinne einer Null-Fehler-Strategie muss hier oberste Priorität haben; auch physische Sicherheitsmaßnahmen dürfen daher keinesfalls vernachlässigt werden.

Zugangskontrollen, Überwachungsanlagen auf dem Gelände und Videoaufzeichnungen schützen vor unbefugtem Zugriff. In diesem Sinne muss Sicherheit Teil der DNA und sowohl bei der Infrastruktur als auch in den Prozessen gelebt werden - besonders von den eigenen Mitarbeitern. Das bedeutet: Mögliche Zwischenfälle werden vorgedacht, ein System installiert, das Sicherheitsprobleme erkennt und aus dem heraus entsprechende Gegenmaßnahmen entwickelt werden. Damit dies nicht nur graue Theorie bleibt, wird der Ernstfall auch geprobt - wie bei der Feuerwehr. Große Dienstleister absolvieren so rund 500 Übungseinsätze pro Jahr und über ihre gesamte Organisation hinweg.

Doch Sicherheit braucht auch Datenschutz. Ohne die zuverlässige Protektion eines Gesetzebers bietet noch so ausgefeilte Sicherheitstechnik eine offene Flanke. Und das ist in manchen Ländern politisch auch so gewollt. Hier hat Deutschland einen Standortvorteil: Das Bundesdatenschutzgesetz ist eines der strengsten Gesetze zur informationellen Selbstbestimmung. Die Nutzung personenbezogener Daten ist per se verboten und bedarf der ausdrücklichen gesetzlichen Erlaubnis oder der Zustimmung des Betroffenen. Im anglo-amerikanischen Rechtsraum ist es genau umgekehrt.

Zusammen mit der US-amerikanischen Gesetzgebung zur Terrorbekämpfung verschaffen sich US-Geheimdienste so Zugang zu persönlichen Daten auch ohne Gerichtsbeschluss. Der USA Freedom Act hat im Juli den USA Patriot Act abgelöst. Damit sind die personenbezogenen Daten von US-Bürgern in den Vereinigten Staaten besser geschützt. Für persönliche Daten in ausländischen Rechenzentren hat sich allerdings nichts geändert. Wer seine Daten unter den Schutzschirm deutscher Gesetze stellen will, ist also nach wie vor bei deutschen Dienstleistern mit Rechenzentren in Deutschland gut aufgehoben.

Nachhaltig: Maßnahmen für mehr Energieeffizienz

Kritisch für die Zukunftsfähigkeit eines Rechenzentrums ist ebenfalls der Energieverbrauch. Gerade in Deutschland spielt dieser Aspekt eine zentrale Rolle. Denn die Energiepreise hierzulande sind doppelt so hoch wie etwa im Nachbarland Frankreich. Energieeffizienz wird so zum wichtigen Faktor im internationalen Wettbewerb. Ein Blick auf die Power Usage Effectiveness (PUE) macht das deutlich. Dieser Wert setzt den gesamten Energiebedarf eines Rechenzentrums in Bezug zum Bedarf der IT-Komponenten. Er misst also, wie viel Strom der gesamte Rechenzentrumsbetrieb im Vergleich zum eigentlichen IT-Equipment verbraucht. Für deutsche Rechenzentren lag der durchschnittliche PUE-Wert im Jahr 2010 bei 1,9. Vereinfacht gesagt: Mit der einen Hälfte des Stroms laufen die Rechenprozessoren heiß, mit der anderen Hälfte wird diese Wärme abgeführt. Dabei lässt sich der Energieverbrauch für diese Hälfte mit Hilfe einiger relativ simpler Maßnahmen bereits deutlich reduzieren.

RZ

Hetzner Online verwendet für seine Rechenzentren ein standardisiertes Design mit Luftkühlung, um Aufwand und Kosten zu sparen.

Wärmetauschertüren als Kühlelement sorgen im Demo-Rechenzentrum von eCube an der Frankfurter Goethe-Universität für die richtige Rechnertemperatur.

Wegen des Einsatzes eines magnetgelagerten Turboverdichters zur Verdampfung des Wärmetransportmediums Wasser bei niedrigen Temperaturen kann Coolblue von Stulz – hier ein Prototyp – trotz ausgezeichneter Effizienz auf ein Kühlmittel verzichten und arbeitet ausschließlich mit Wasser.

Der neue Seitenkühler Loopus von Schäfer IT-Systeme arbeitet je nach Situation abwechselnd mit reinem Wasser oder mit Kältemittel.

Mit einem neuen, standardisierten Moduldesign, bei dem die Kühleinrichtungen unter den Rechnerschränken untergebracht sind, wendet sich Rital an Betreiber von Rechenzentren jeder Größenordnung.

Mit Eis gefüllter unterirdischer Speicher: Im Sommer schmilzt das Eis, die Kälte kühlt das RZ

Der Eisspeicher wird mit einer Wärmepumpe und anderen Elementen zu einer ganzjährig tauglichen heiz- und Kühllösung fürs RZ kombiniert

Für dauerhafte 45 Grad Eingangstemperatur sind Dells Hyperscale-Server nach Angaben des Herstellers ausgelegt – da reicht freie Kühlung meistens aus

Mit dreidimensional skalierten Miniaturbauelementen, die on-board gekühlt werden, schrumpfen Chips für gigantische Rechenleistungen gewaltig zusammen.

Forschungsergebnisse aus den Datacenter-Entwicklungen zeigen, dass allein das konsequente Trennen von Kalt- und Warmluft im Serverraum den PUE-Wert auf 1,48 senken. Erhöht man zusätzlich die Einblastemperatur sowie die Energiedichte im Rack, sinkt der PUE-Wert auf bis zu 1,23. Stabile Hardware verträgt höhere Temperaturen und senkt den Energieverbrauch für die Kühlung. Als ideal haben sich 27 Grad Celsius erwiesen. Die Rechenchips würden bis zu 35 Grad vertragen, dann steigt aber wieder die Drehzahl der Lüfter und damit der Stromverbrauch. Entscheidend ist immer der Verbrauch des Gesamtsystems.

Der nächste Schritt einer solchen Effizienzmaximierung ist ein intelligentes, automatisiertes Energiemanagement, das jede Komponente der IT-Infrastruktur auslastungsgerecht in den optimalen Betriebszustand versetzt.

Darüber hinaus könnten Rechenzentren künftig selbst einen Beitrag zur Energiewende leisten, indem sie Strom erzeugen. So könnte die Abwärme nicht nur Warmwasser bereiten, sondern auch für die Eigenstromerzeugung genutzt werden - Stichwort thermoelektrische Generatoren. Damit würde die Energieeffizienz von Rechenzentren noch einmal gesteigert. Auch CO2-Emissionen könnten so reduziert werden, weil auf Energie aus fossilen Quellen verzichtet wird. Die Mehrzahl der bestehenden Rechenzentren ist davon allerdings noch weit entfernt.

Moderne Rechenzentren sind Wegbereiter der Digitalisierung

Bereits in den Jahren 2003 bis 2013 erhöhte sich die IT-Fläche der Rechenzentren in Deutschland um 42 Prozent. Im selben Zeitraum vervierfachte sich die Anzahl der physischen und virtuellen Server auf rund vier Millionen. Die Betreiber von Rechenzentren stehen vor der besonderen Herausforderung, dieses rasante Wachstum wirtschaftlich und effizient umzusetzen.

Die nächste Entwicklungsstufe steht vor der Tür: das Software-Defined Datacenter (SDDC). Dabei sind nicht nur Rechenleistung und Speicherplatz virtualisiert, sondern auch Netzwerke und Sicherheitskomponenten. Ziel ist eine IT-as-a-Service, die ein Nutzer quasi per Knopfdruck zusammenstellt. Voraussetzung dafür ist, dass alle Komponenten aus der Ferne steuerbar sind, alle Komponenten miteinander sprechen und alle Komponenten ihre Ressourcen unterschiedlichen Nutzern zur Verfügung stellen können.

Die Anforderungen an ein modernes Rechenzentrum bleiben aber auch dann immer noch gleich: Ausfallsicherheit, maximale Verfügbarkeit und Datenschutz - vereint mit einem energieeffizienten Betrieb. Wer diese Aufgaben erfüllt, wird die steigenden Erfordernisse der IT auch in Zukunft bewältigen. Weitsicht ist dabei entscheidend. Rechenzentren, die wir heute bauen, müssen den Anforderungen von morgen gerecht werden. Und denen von übermorgen. (hal)