Rechenzentrumsbau und -wachstum wie gehabt?

3 Anregungen für CIOs, Datacenter-Planer und -Betreiber zum Nachdenken

| Autor / Redakteur: Luis Brücher* / Ulrike Ostler

Unternehmen wie Thyssenkrupp Steel nutzen zum Aufbau von Edge-Infrastrukturen IT-Container. Die hier abgebildeten Container von Rittal sind durch ihre Stahlbauweise sicher, verfügen über eine wetterfeste Ummantelung und lassen sich auch im Außenbereich aufstellen.
Unternehmen wie Thyssenkrupp Steel nutzen zum Aufbau von Edge-Infrastrukturen IT-Container. Die hier abgebildeten Container von Rittal sind durch ihre Stahlbauweise sicher, verfügen über eine wetterfeste Ummantelung und lassen sich auch im Außenbereich aufstellen. (Bild: Rittal)

Die rasante Digitalisierung der Wirtschaft führt dazu, dass Unternehmen kontinuierlich ihre IT-Landschaft ausbauen. Damit steigen die Energiekosten für den IT-Betrieb sowie für die Kühlung von Rechenzentren. Aber auch die Wahl eines geeigneten Standortes für neue Datacenter wird mehr und mehr zur Herausforderung. Doch das ist längst noch nicht alles, was auf die CIO-Agenda gehört.

Der Hunger nach zusätzlicher IT-Leistung ist derzeit kaum zu stillen: Während die Stadtverwaltung Amsterdam im Juli 2019 aus Platzgründen und wegen drohendem Energiemangel einen Baustopp für neue Rechenzentren verkündete, entstehen in den Außenbezirken von Frankfurt weiterhin neue Datacenter mit bis zu dreistelligen Megawatt-Leistungsdaten. Während diese Co-Location- und Cloud-Rechenzentren praktisch auf der grünen Wiese gebaut werden und damit die bestmöglichen Kühl- und Effizienztechnologien verwenden können, stehen viele Anwenderunternehmen vor der Herausforderung, neue IT-Systeme innerhalb ihrer bestehenden gewachsenen IT-Landschaft implementieren zu müssen. Das führt zu einer Reihe von Herausforderungen.

1. Die Leistungsdichte im Rechenzentrum erhöht sich

Die Modernisierung bestehender IT-Landschaften hat zur Folge, dass einzelne IT-Racks immer weiter ausgebaut werden, wodurch die Leistungsdichte im IT-Rack steigt. Big Data-Analysen, KI-Anwendungen sowie die Nutzung von Video-Content sind nur einige Beispiele dafür, warum immer mehr IT-Kapazität benötigt wird.

Die Folge ist, dass sich CIOs heute mit Themen beschäftigen müssen, die bislang eher Betreiber von HPC-Rechenzentren (HPC = High Performance Computing) beschäftigten. Dazu zählen voll ausgebaute IT-Racks, die eine Kühlleistung von 50 Kilowatt benötigen. Damit verbunden treten Hotspots im Rechenzentrum auf, die die gezielte Kühlung einzelner Racks notwendig machen.

Time-to-Market: Das „Rittal Edge Data Center“ besteht aus zwei „TS IT“-Racks des Herstellers sowie auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmten Modulen für Klimatisierung, Energieverteilung, USV, Brandschutz, Monitoring und Zugriffsschutz. Die schlüsselfertige, standardisierte Infrastruktur ist um je zwei Racks erweiterbar. Damit sind Edge-Datacenter schnell und kostengünstig aufbaubar.
Time-to-Market: Das „Rittal Edge Data Center“ besteht aus zwei „TS IT“-Racks des Herstellers sowie auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmten Modulen für Klimatisierung, Energieverteilung, USV, Brandschutz, Monitoring und Zugriffsschutz. Die schlüsselfertige, standardisierte Infrastruktur ist um je zwei Racks erweiterbar. Damit sind Edge-Datacenter schnell und kostengünstig aufbaubar. (Bild: Rittal)

Der Ausbau der IT kann aber auch dazu führen, dass das bisherige Konzept einer Raumkühlung nicht mehr ausreicht und die Umstellung auf Warm-/Kaltgang-Schottung oder eine direkte Rack-Kühlung notwendig wird. Häufig reicht es jedoch aus, die durch den Ausbau neu entstandenen HPC-Racks mit zusätzlichen IT-Kühlgeräten auszustatten, die an der Rücktür oder an einer Seitenwand montiert sind. Für HPC-Racks der obersten Leistungsklasse von 50 Kilowatt kann eine Wasserkühlung auf Dauer effizienter sein.

Wer konstant hohe IT-Leistung benötigt, sollte Lösungen für die Immersionskühlung evaluieren: Bei der Tauchkühlung werden die IT-Komponenten komplett in eine Kühlflüssigkeit eingetaucht. Jedoch wird hierfür die Umrüstung auf spezielle IT-Hardware notwendig.

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Generell ist damit zu rechnen, dass die Leistungsdichte in Rechenzentren weiter steigt. Und da Luft bekanntlich ein schlechter Wärmeleiter ist, dürfte in Zukunft die CPU-Wasserkühlung wieder verstärkt Einzug in die Rechenzentren halten. Damit wäre eine Technologie erneut gefragt, die schon zu Hochzeiten der Mainframe-Rechner verwendet wurde.

2. Edge Datacenter und die Energie-Effizienz

Neben der Modernisierung von bestehenden zentralen Rechenzentren erweitern Unternehmen derzeit über Edge-Systeme ihre IT-Infrastruktur, um damit auch an entfernten Standorten oder in Filialen möglichst schnell zusätzliche IT-Kapazitäten zu schaffen. Hierfür kommen Edge-Datacenter zum Einsatz, die vor Ort eine Erstverarbeitung der Daten vornehmen und mit Cloud-Systemen im Backend verbunden sind.

Das Edge-Konzept soll die Anforderung nach einer Datenverarbeitung in Echtzeit an beliebigen Standorten erfüllen, wenn beispielsweise in modernen Fabriken eine Steuerung der Roboter und Fertigungsanlagen in Realtime erfolgen soll. Damit verbunden stehen Rechnzentrumsbetreiber jedoch vor neuen Herausforderungen, denn beim Betrieb von Edge-Infrastrukturen mit einer hohen Anzahl von Knoten ist es notwendig, den Systemzustand permanent und möglichst automatisiert zu überwachen.

Definieren Sie Edge Datacenter!

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Ein kontinuierliches Monitoring ist vor allem für die Kühlsysteme und deren Energieverbrauch notwendig. Edge-Systeme werden häufig im unteren Leistungsbereich mit einer Kühlleistung von weniger als rund 30 Kilowatt installiert.

Hierbei kommt typischerweise eine kältemittelbasierte Kühltechnologie zum Einsatz, die einen Kompressor zur Kälteerzeugung benötigt. Rollt ein Unternehmen mehrere hundert Edge-Rechenzentren aus, wird jedes dieser IT-Systeme über ein separates Kühlaggregat verfügen.

Für Unternehmen ist es daher wichtig, den Energieverbrauch der gesamten Edge-Infrastruktur im Blick zu behalten. Die Kontrolle eines solchen Netzes kann jedoch nur vollständig automatisiert erfolgen, beispielsweise mit intelligenter Software für das Condition Monitoring.

Physische Sicherheit für die IT: Die Micro Data Center von Rittal sorgen für bedarfsgerechten Schutz – bis F90 und IP 56.
Physische Sicherheit für die IT: Die Micro Data Center von Rittal sorgen für bedarfsgerechten Schutz – bis F90 und IP 56. (Bild: Rittal)

Eine Lösung zur Kostenoptimierung ist der Einsatz von Hybrid-Kühlgeräten der neuesten Generation mit passiver Kühlung. Am Markt sind beispielsweise Geräte mit 3 Kilowatt Kühlleistung im Angebot, die über zwei Kältekreise verfügen. Diese Kühlgeräte arbeiten wahlweise mit einer passiven Kühlung und verwenden hierzu eine Heatpipe (Wärmerohr) oder eine kältemittelbasierte Kühlung inklusive eines Kompressors. Erfahrungswerte aus der Installation solcher Kühlsysteme in der Fertigungsindustrie zeigen, dass sich die Energiekosten für die IT-Kühlung um bis zu 75 Prozent verringern lassen.

Wer eine höhere Kühlleistung benötigt, greift auf Hybrid-Systeme bis etwa 35 Kilowatt zurück, die mit einem wasser- und einem kältemittelbasierten Kreislauf arbeiten. Bei niedrigeren Temperaturen wird automatisch die indirekte freie Kühlung genutzt, die Basis hierfür ist ein externer Hybridverflüssiger mit integriertem Freikühler.

Bei höheren Außentemperaturen springt ein Kompressor an, der das Kältemittel – in diesem Fall Wasser – kühlt. Durch den Einsatz indirekter freier Kühlung lassen sich die laufenden Betriebskosten ebenfalls spürbar verringern.

Generell sollten Unternehmen mit dem Lieferanten der Kühlgeräte eine Standort- und Kostenanalyse vornehmen, um einen präzisen Return-on-Investment zu ermitteln.

3. Wohin mit den ganzen Rechenzentren?

Wie eingangs erwähnt, wird es in Ballungsgebieten immer schwieriger, geeignete Flächen für große Rechenzentren zu finden. So gab es beispielsweise Anfang 2019 in der Rhein-Main-Region geschätzt etwa 600.000 Quadratmeter an Rechenzentren-Fläche. Dies entspricht 84 Fußballfeldern vollgepackt mit IT-Racks. Allein in Frankfurt am Main, der Stadt mit dem größten Internet-Knoten der Welt, befinden sich ein Viertel aller Datacenter-Flächen in Deutschland – Tendenz steigend.

Für die Betreiber ist jedoch nicht nur die Platzsuche eine Herausforderung, es muss auch die Energieversorgung sichergestellt sein. Daher suchen sich die großen Betreiber gerne Gewerbegebiete am Stadtrand aus, die bereits über leistungsfähige Umspannwerke verfügen, so dass eine Versorgung auch über mehrere Stromanbieter möglich ist.

Schon im Jahr 2016 haben in Frankfurt alle Rechenzentren zusammen mehr Energie verbraucht als der dortige Flughafen. Der rasant wachsende Energiebedarf stellt die Stromanbieter vor eine Herausforderung, die ihre Kapazitäten an das IT-Wachstum anpassen müssen. Im schlimmsten Fall kann es beim Neubau von Rechenzentren zu ungeplanten Wartezeiten kommen, weil die Energieversorgung nicht rechtzeitig zugesichert werden kann – eine Aussage, die immer häufiger von den großen Datacenter-Betreibern in Frankfurt zu hören ist.

Eine Lösung könnte darin liegen, neue Hyperscale-Rechenzentren in der Nähe einer regenerativen Stromerzeugung zu errichten. Denn: Es ist einfacher die Daten zu transportieren als den Strom.

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Bei einem Standort direkt an einem Staukraftwerk oder einem Wind- oder Solarpark würden außerdem die Netzentgelte für den Stromtransport wegfallen. Außerdem schauen heute immer mehr Unternehmen auf das Thema Nachhaltigkeit, weil dies auch für Verbraucher zu einem wichtigen Thema geworden ist. Aus Kundenprojekten weiß Rittal zu berichten, dass geschätzt etwa 20 Prozent der Unternehmen darauf achten, ihre Rechenzentren mit regenerativem Strom zu betreiben und dies auch entsprechend ausweisen.

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Smarte Anwendungen und Edge-Szenarien benötigen kurze Latenzzeiten. Der „Cloudpark Höchst“ bietet Unternehmen aus der Frankfurter Region einen Datacenter-Standort mit kurzen Latenzzeiten, weil eine direkte Anbindung an den Internet-Knotenpunkt DE-CIX möglich ist. Schlüsselfertige IT-Container von Rittal ermöglichen hier den schnellen und sicheren Aufbau von Edge-Ressourcen. (Bild: Rittal)

Bei dem Ausbau von Edge-Infrastrukturen ist die Energieversorgung eine lösbare Aufgabe, da der punktuelle Stromverbrauch am jeweiligen Standort wesentlich geringer ist als bei einem Hyperscale-Datacenter. Dafür müssen IT-Manager beim Edge-Ausbau unter Umständen darauf achten, dass die Gehäuse auch wetterfest sind.

Dies gilt beispielsweise beim Aufbau künftiger 5G-Mobilfunknetze oder bei der Ausstattung von Smart Cities mit einer neuen IT-Infrastruktur. Für diese und vergleichbare Szenarien benötigen Unternehmen wetterfeste Outdoor-Gehäuse, die auch über einen physikalischen Zugangsschutz verfügen.

Die drei hier angesprochenen Themen zeigen, dass die Herausforderungen von IT-Verantwortlichen künftig noch vielfältiger werden. Der Einzug von IT-Systemen in alle Funktionsbereiche eines Unternehmens und in die Lebensbereiche der Menschen führt dazu, dass mehr IT-Leistung an ganz unterschiedlichen Standorten benötigt wird – Monitoring, Sicherheit und Energie-Effizienz sind daher zentrale Thema, die auf der CIO-Agenda zukünftig ganz oben stehen werden.

* Luis Brücher ist Hauptabteilungsleiter Produkt-Management IT bei Rittal in Herborn.

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