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Keep cool: Wie Sie die Energieeffizienz im Data Center optimieren

Keep cool: Wie Sie die Energieeffizienz im Data Center optimieren
Geschätzte Lesezeit: 5 Minuten

Wilfried Cleres, Fujitsu Distinguished Engineer und Managing IT Consultant for EPS Automation and Cloud Services, über Energiekonzepte, Einsparpotenziale und Server, die einfach mal abtauchen.

Wilfried Cleres
Wilfried Cleres, Fujitsu Distinguished Engineer

Hallo Wilfried. Die Europäische Kommission erarbeitet derzeit eine neue Ökodesign-Verordnung für Server und Datenspeicherprodukte (ENER Lot 3). Was bedeutet das für Fujitsu?

Der Energieverbrauch und die Ressourceneffizienz von Rechenzentren einschließlich der mit ihnen verbundenen IT-Infrastrukturen sind höchst relevante Themen: Aktuell sind bereits etwa 50 % der Kosten im Data Center für den Energiebedarf zu veranschlagen. Und es ist abzusehen, dass dieser Anteil künftig weiter steigen wird. Die Datenmengen, die verarbeitet werden müssen, wachsen und benötigen eine höhere Rechenleistung  – dadurch entsteht u. a. eine stärkere Wärmeentwicklung, der es zu begegnen gilt.

Die ganze Thematik ist für uns bei Fujitsu sehr präsent. Das sieht man z. B. auch daran, dass wir bereits seit vielen Jahren ein breites Portfolio an innovativen Cooling-Konzepten anbieten und deren Management in heterogenen Data Centern durch die Fujitsu Data Center Management und Automation (DCMA)-Lösungen unterstützen. In unserem konkreten Fall der Energieeffizienz sind es die Fujitsu DCMA-DCIM (Data Center Infrastruktur Management)-Lösungen, bei denen wir Energie, Kühlung, Kapazität, örtliche bauliche Bedingungen, Anlagen und Betriebsprozesse zu einer Gesamtlösung miteinander verbinden. Die von uns angebotenen Lösungen werden den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht und natürlich fortlaufend in Co-creation mit unseren Kunden und Partnern weiterentwickelt.

Welche Lösungen sind das konkret?

Im Serverbereich verfügen wir über zahlreiche Möglichkeiten, um die Belastung durch Abwärme und damit den Energiebedarf zu senken. Sichere und energieeffiziente Kühlsysteme, die einen unterbrechungsfreien 24/7-Betrieb gewährleisten können, sind hier von essenzieller Bedeutung.

Im Prinzip setzen wir auf vier verschiedene Cooling-Konzepte:

  1. Die klassische Hardware-Kühlung durch Lüfter
  2. Edge Computing – Staubdichte Kühlung ganz ohne Lüfter, Flüssigkeiten oder ähnliches, zusammen mit intelligenter Software
  3. Die Kühlung durch Flüssigkeiten direkt auf dem Chip
  4. Das Liquid Immersion Cooling, bei dem der gesamte Server in einer Kühlflüssigkeit „versenkt“ wird

Beim Edge Computing (z. B. bei INTELLIEDGE) setzen wir ganz auf intelligente Kühlungskonzepte und verzichten auf Lüfter. Stattdessen erfolgt das Temperaturmanagement über stärkere Kühlbleche. Unterstützt wird dies vom FUJITSU Cool-safe Advanced Thermal Design, welches es ermöglicht, den Server in höheren Umgebungstemperaturen von bis zu 50 Grad Celsius zu betreiben. Das Design ist so ausgelegt, dass bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 35 Grad immer die volle Computing-Leistung zur Verfügung steht. Sollte die Temperatur weiter steigen, gewährleistet die intelligente Software ein Management der Rechenleistung, das es erlaubt, auch weiterhin einen zuverlässigen Edge Computing-Betrieb aufrecht zu erhalten. 

Mit Hilfe der Kühlung durch Flüssigkeiten direkt auf dem Chip kann mehr als 70 % der Wärmeentwicklung eines Servers abgeleitet werden. Bei der FUJITSU Cool-Central® Liquid Cooling Technology befindet sich die Flüssigkühlung dort, wo die meiste Wärme entsteht: Direkt auf CPUs, GPUs und Speichermodulen. Mittels Kühlkörpern und Pumpen wird die entstehende Abwärme direkt in das flüssige Kühlmedium aufgenommen.

Noch einen Schritt weiter geht das Liquid Immersion Cooling. Hier wird gleich die gesamte Hardware in der Kühlflüssigkeit „versenkt“. Dadurch wird das ganze System gleichmäßig gekühlt. Da keine Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird, ist eine weitere Klimatisierung des Rechenzentrums nicht mehr notwendig. Dadurch erlaubt Liquid Immersion Cooling eine höhere Packungsdichte und ermöglicht es, die Systeme in rauen Betriebsumgebungen sicher zu betreiben. 

Welche Einsparungen lassen sich durch diese Technologien erzielen – vor allem durch das Liquid Immersion Cooling?

Laut Studien von Analysten lassen sich mit jedem Grad Celsius höherer Umgebungstemperatur fünf bis sechs Prozent Energiekosten einsparen. Das zeigt sich z. B. beim On-Chip-Cooling in einer Reduzierung der Kühlungskosten von bis zu 50 Prozent sowie der Möglichkeit, zweieinhalb- bis fünfmal mehr Server auf der gleichen Fläche zu betreiben.

Was sich mit Liquid-Immersion-Cooling-Systemen erreichen lässt, zeigen zwei aktuelle Projekte. Zum einen haben wir bei einem Kunden in Nottingham, England, ein Proof of Concept durchgeführt, bei dem es um die prinzipielle Durchführbarkeit und die möglichen Einsparungen ging. Hier können wir noch keine konkreten Werte kommunizieren, aber: Der Kunde ist begeistert und wir freuen uns auf die Umsetzung.

„Keep cool“ war auch beim zweiten, bereits abgeschlossenen Projekt bei einem Kunden in Deutschland angesagt. Die Herausforderung war der Umbau eines Data Centers im laufenden Betrieb. Die Zielsetzung war klar: Keine Ausfälle, eine Verdopplung der Energiedichte und eine Halbierung des PUEs.  

Was genau passierte bei diesem Umbau?

Das Data Center wurde auf den aktuellen Stand der Technik hinsichtlich der Kühlung gebracht. Neben einer Verfügbarkeit Tier 3, der Verdopplung der Leistung pro Quadratmeter im Serverraum und der Einrichtung einer zusätzlichen Netzersatzanlage stand daher die Kältetechnik im Fokus des Projekts. Um die Klimaeffizienz noch weiter zu steigern, wurde die Kalt- und Warmluft im Serverraum getrennt. All diese Arbeiten wurden im laufenden Rechenzentrums-Betrieb ausgeführt – es gab also keinerlei Ausfallzeiten, ganz wie es die Zielsetzung war.  

Durch die Umbaumaßnahmen haben wir es wie gewünscht geschafft, die Energiedichte im Rechenzentrum des Kunden zu verdopppeln und gleichzeitig den PUE-Wert, also die Power Usage Effectiveness, zu halbieren.

Was heißt das in Zahlen?

Wir sind im Projekt bei einem vom Kunden gemessenen PUE von 2,4 gestartet. Inzwischen liegen wir bei einem PUE von 1,5 ohne Freikühlbetrieb. Ziel ist ein PUE von 1,3 im Jahresdurchschnitt, den wir sicherlich auch erreichen werden, wenn sich die zweite Coolwall-Spange und der Freikühlbetrieb im eingeschwungenen Zustand befinden.

Bei der derzeitigen IT-Last von 200 kW bedeutet dieser PUE-Sprung für die Umwelt eine Einsparung von jährlich mehr als 1.200 Tonnen CO2. Durch die Einsparungen bei den Stromkosten wird sich die Gesamtinvestition für den Kunden in rund zehn Jahren amortisiert haben. Dazu kommen noch die steuerlichen Ersparnisse, die er für diese Umbaumaßnahmen geltend machen kann. Ich finde, das sind wirklich überzeugende Werte.

Bietet das Liquid Immersion Cooling noch weitere Vorteile?

Ja! Neben der deutlichen Reduzierung des Energiebedarfs verbessert sich auch die Verfügbarkeit, da keine Lüfter in den Systemen benötigt werden. Gleichzeitig erlaubt Liquid Immersion Cooling eine höhere Packungsdichte und ermöglicht es, die Systeme in rauen Betriebsumgebungen sicher zu betreiben – auch dort, wo Hitze, hohe Luftfeuchtigkeit und Verschmutzung den Betrieb normaler Server nahezu undurchführbar machen.

Server, die in die Wanne gehen – das möchten sicher viele auch einmal mit eigenen Augen sehen. Werden Besucher des diesjährigen Fujitsu Forums dazu Gelegenheit haben?

Auf jeden Fall. Alle Besucher sind herzlich eingeladen, unsere Lösungen beim Fujitsu Forum 2018 am 7. und 8. November im Internationalen Congress Center München (ICM) live zu entdecken! Im Demo Center erleben Sie auf 3.500 Quadratmeter mit über 250 Exponaten aus erster Hand neuste IKT-Technologien, -Lösungen und -Services im Bereich der Co-creation und Innovation. Dort finden Sie auch unsere umfangreichen Data Center Systems in einem eigenen Bereich, der um eine dedizierte Insel für „Data Center Management and Automation (Bereich E.01 – E.06)“ im Bereich der Enterprise Platform Services ergänzt wird. Kommen Sie einfach vorbei: Dort erfahren Sie alle Details – unsere Fachleute freuen sich auf Sie!

Vielen Dank für das Gespräch, Wilfried!


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