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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!


Jetzt anmelden!Sie fin­den alle Infor­ma­tio­nen rund um das Fuji­tsu Forum am 7. und 8. Novem­ber 2018 auf unse­rer Web­sei­temel­den Sie sich am bes­ten noch heu­te an. Mit unse­rem Hash­tag #Fuji­ts­uFo­rum blei­ben Sie dar­über hin­aus immer up to date – fol­gen Sie uns ein­fach und erfah­ren Sie fort­lau­fend alle News zum Fuji­tsu Forum 2018.

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