AC/DC im Rechenzentrum

Warum sich IT-Verantwortliche jetzt für Gleichstrom interessieren sollten

Bernd Hanstein ist Diplom-Physiker und verantwortlicher Leiter des Produktmanagements IT der Rittal GmbH & Co. KG in Herborn. Zuvor war er in mehreren Führungspositionen innerhalb der Automobilelektronik, der Telekommunikations- und der IT-Technologie tätig. Für die Siemens AG hat er beispielsweise im Unternehmensbereich „Öffentliche Netze“ die Implementierung großer ITK-Projekte realisiert.
Mit Gleichstromkomponenten im Rechenzentrum ergeben sich für Unternehmen neue Potenziale zur Kostenoptimierung. Grundlage hierfür sind die bei den offenen Standards OCP (Open Compute Project) und Open19 verwendete Technologien, die auf den Einsatz von Gleichstrom innerhalb von IT-Racks setzen.
Einheitlichen Gleichstromversorgung im Datacenter ist ein interessanter Aspekt zur Reduzierung der Energiekosten.
Einheitlichen Gleichstromversorgung im Datacenter ist ein interessanter Aspekt zur Reduzierung der Energiekosten.
Foto: Yentafern - shutterstock.com

Mit Open Compute Project Foundation (OCP) und Open19 gelingt der Aufbau von sehr homogenen und skalierbaren Rechenzentren. Weitere Vorteile sind eine optimierte Energieversorgung über nur noch ein oder zwei zentrale Power-Shelves mit (n+1)-Netzteilen pro Rack, das alle IT-Komponenten im Serverschrank versorgt. Somit wird auch eine effizientere Kühlung erreicht, da weniger Netzteile vorhanden sind. Gleichzeitig vereinfachen sich durch die hohe Standardisierung die Wartung und das Ersatzteilmanagement.

Energiekosten im RZ optimieren

Für IT-Verantwortliche und auch CIOs ist die Optimierung der Energiekosten im Rechenzentrum eine kontinuierliche Aufgabe. Neue Impulse geben Initiativen wie OCP und Open19, die eine zentrale Gleichstromversorgung aller IT-Komponenten innerhalb von IT-Racks ermöglichen. Die beiden Technologien OCP und Open19 verfolgen zwar die gleichen Ziele, unterscheiden sich dennoch voneinander.

Die Breite der Schränke ist mit 600 mm identisch. OCP erlaubt jedoch 21-Zoll-Einschübe mit Höheneinheiten von 48 mm, die damit etwas größer als üblich ausfallen. Bei Open19 können traditionelle 19-Zoll-Racks verwendet werden. Die Stromversorgung erfolgt bei beiden Systemen über Gleichstrom: Während bei Open19 ein spezieller Kabelbaum auf der Rückseite vorhanden ist, wird ein OCP-Schrank komplett von vorne bedient. Die Energieverteilung erfolgt hier an der Rückseite des Racks über eine 12 bzw. 48 Volt-Stromleiste mit einer automatischen Kontaktierung, sobald eine IT-Komponente eingeschoben wird. Das erlaubt bei dem OCP-Konzept eine sehr schnelle Montage und einen raschen Austausch einzelner Module. Allerdings: Durch die zentrale Stromleiste lässt sich der Stromverbrauch einzelner Komponenten nicht messen bzw. schalten, während dies bei dem Open19-Kabelbaum weiterhin möglich ist.

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Redundanz im Rechenzentrum

Weiterhin sollten IT-Verantwortliche auch das Thema Redundanz beachten: Bei traditionellen Anlagen werden Server mit einer A und B Stromversorgung für höchste Ausfallsicherheit betrieben. Ist der IT-Schrank nur mit einer zentralen Stromschiene versehen, muss die Redundanz an anderer Stelle erfolgen - so kann man beispielsweise die Gleichrichter über zwei getrennte Stromnetze versorgen.

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Die Stromversorgung wird bei beiden Varianten über optional im Schrank integrierte Gleichstrom USV-Systeme abgesichert. Hier sollten die Betreiber die Brandlast prüfen, da diese über die Fläche des Rechenzentrums hinweg steigt. Ob sich eine zentrale USV oder ein im Schrank integriertes System besser eignet, ergibt sich aus Faktoren wie zum Beispiel der benötigten Ausfallsicherheit, der geplanten Nutzung oder der Qualität des Stromnetzes. Je nach Gegebenheit vor Ort kann es auch sinnvoll sein, ein Gleichstrom-Backbone im Rechenzentrum zu installieren, anstatt jedes Rack noch mit Wechselstrom zu versorgen. Hier sollte der höhere Aufwand für einen DC-Backbone mit zu erwartenden Effizienzgewinnen durch weniger Wandlungsverluste verrechnet werden.

Wann lohnt sich Gleichstrom tatsächlich?

Allgemeingültige Berechnungsgrundlagen, ab wann sich Gleichstrom wirklich rechnet, kann heute kein Anbieter seriös vorlegen. Vielmehr sind individuelle Betrachtungen unter Berücksichtigung von Parametern wie geplanter Nutzung, dem Standort oder den Energiekosten notwendig. Der Effizienzgewinn, der sich durch weniger Spannungswandler bei Nutzung von Gleichstrom ergibt, liegt erfahrungsgemäß im Schnitt bei rund fünf Prozent des Gesamtstroms. Diese Größenordnung ist deutlich zu gering, um damit ein neues Infrastrukturprojekt zu rechtfertigen. Daher sollten weitere Aspekte in die Berechnung einfließen, wie eine Optimierung der Kühlsysteme - und spätestens an diesem Punkt wird eine individuelle Analyse notwendig. Wirtschaftlich rentabel wird ein Gleichstromprojekt also insbesondere dann, wenn eine durchgängige DC-Architektur im Rechenzentrum aufgebaut wird, bei der auch die Kühlsysteme einbezogen werden.

Hierzu ein Beispiel für eine effiziente OCP-Anlage: Diese sollte mit einer Warmgangschottung betrieben werden, bei der voneinander getrennte Zonen für kalte und warme Luft vorhanden sind - ein Standardverfahren in vielen Rechenzentren. Zusätzlich sollte die Thermodynamik im IT-Schrank optimiert sein, sodass eine gleichmäßige Verteilung der von außen zugeführten Kaltluft erfolgt, wodurch die Effizienz der Kühlsysteme steigt. Darüber hinaus erlaubt die Spezifikation der OCP-Hardware eine höhere Eingangstemperatur der Kühlluft von bis zu 30 Grad. Die verbesserte Energiebilanz ergibt sich somit aus der Kombination der thermischen, elektrischen und mechanischen Optimierung.

OCP oder Open19: wer macht das Rennen?

Prinzipiell zeigt sich, dass Gleichstrom-Racks insbesondere bei sehr homogenen und großen Installationen verwendet werden, wie sie bei Hyperscale-Cloud-Providern vorkommen. Hier greifen die Skaleneffekte rund um den operativen Betrieb und bei den Energiekosten. Auch für Telekommunikationsanbieter ist diese Architektur sinnvoll, da die bei Gleichstrom genutzten 48 Volt im Rack bereits bei vielen TK-Systemen verwendet wird.

Beide Standards befinden sich technologisch auf einem ausgereiften Level, der die produktive Nutzung erlaubt. Dennoch arbeiten Hersteller auch weiterhin gemeinsam mit Kunden an der kontinuierlichen Weiterentwicklung ihrer Lösungen, sodass immer wieder neue Produkte am Markt erscheinen. CIOs sollten daher den Markt beobachten und sich regelmäßig über Neuerungen informieren. Ob sich nur ein Standard oder sogar beide am Markt etablieren, wird letztlich davon abhängen, welche Hersteller sich hier dauerhaft positionieren. (hal)