Open Edge Server Aus der OCP-Werkstatt: Server für produktionsnahe Standorte - kompakt, flexibel und sehr robust

Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

In Zukunft werden viele Server weit weg vom zentralen Rechenzentrum stehen. Sie brauchen andere Eigenschaften als die zentrale Server-Infrastruktur. Eine Arbeitsgruppe der Open Compute Project Foundation (OCP) entwickelt passende Designs.

Firmen zum Thema

Open Edge Server müssen robust, sicher, klein und weitgehend kompatibel zu den Designspecs für OCP Server sein.
Open Edge Server müssen robust, sicher, klein und weitgehend kompatibel zu den Designspecs für OCP Server sein.
(Bild: General Electric)

Die Edge wird in Zukunft nach übereinstimmenden Prognosen eine wichtige Rolle in der IT-Infrastruktur spielen. Für Anwendungen wie IIoT/Industrie 4.0, 5G, Smart City, Smart Grid und andere sind dezentrale Server ein Muss.

Denn beispielsweise Daten, die von Sensoren erzeugt werden, sollen verzögerungsfrei nah am Entstehungsort ausgewertet werden. Die resultierenden Impulse gilt es ohne Latenz in entsprechende Reaktionen umzusetzen.

Doch an der Edge herrschen andere Bedingungen als im wohltemperierten und geschützten Rechenzentrum: wenig Platz, eine größere Angriffsfläche fürs Wetter, aber auch willkürliche physische An- und Eingriffsversuche sowie schwer erreichbare Standorte sind nur einige der Bedingungen.

Industrielle und öffentliche 5G-Netze sind auf Edge-Serverdesigns angewiesen

Entsprechend anders sehen die Serverkonzepte für den Netzwerkrand aus, die auf der aktuellen Herbst-OCP-Tagung im November präsentiert wurden. Besonders aktiv ist man in dieser Hinsicht bei Nokia. Das Unternehmen bringt sein Open-Edge-Serverkonzept in die OCP ein.

Das Thema ist für den Tewlekommunikationsspezialisten aus dem Norden besonders relevant: Nokia engagiert sich sowohl beim Aufbau von öffentlichen 5G-Infrastrukturen als auch für Industrienetze auf 5G-Basis, beides Kernanwendungsfelder für entsprechende Edge Server. Auch für die Entwicklung der kommenden Mobilfunkgeneration 6G spielt Nokia eine führende Rolle und ist der Gesamtprojektleiter für „Hexa-X“, der 6G-Flaggschiff-Initiative der Europäischen Kommission.

Für den Edge Server der kommenden Generation formulierte Samuli Toivola,bei Nokia Datacenter Leiter Hardwarearchitekturen im Bereich Forschung und Entwicklung wichtige bautechnische Anforderungen: ausschließlich Chip-basierende Komponenten (also keine Festplatten), hohe Temperaturstabilität, Fähigkeit, mit verschiedenen Stromformen (AC 1- und 3-phasig, Gleichstrom) und Stromverteilungseinheiten zurechtzukommen, minimaler Energieverbrauch, eine Möglichkeit, Beschleuniger einzubauen. Dazu kommt, dass das angepeilte Serverdesign den Designrichtlinien der OCP entsprechen soll.

Zentrale Stromversorgung, Frontzugriff und Metallgehäuse

Daraus ergeben sich Toivola folgende konkrete Designrichtlinien: Ein Edge-Server braucht eine zentrale Stromversorgung und Frontzugriff auf alle Komponenten sowie spezielle Wartungs-Tools. Temperaturen zwischen -5 und +45 Grad Celsius müssen dauerhaft, bis 55 Grad Celsius mindestens kurzfristig toleriert werden.

Aus Sicherheitsgründen sind Metallgehäuse nötig, genau wie besondere Aufmerksamkeit für eine sorgfältige elektrische Anbindung und Erdung. Außerdem sollten Edge-Server erschütterungsfest sein und gut gegen Feuer geschützt.

Für zukunftsfähige Serverdesigns sollten zudem schon heute sichtbare Trends bei den Komponenten berücksichtigt werden. So steigt die Zahl der Rechenkerne weiter.

Mehr Rechenkerne - mehr Kühlbedarf

Derzeit bietet „Intel Cascade Lake“ bis zu 28 Kerne, schon 2022 soll diese Zahl erheblich steigen. Mit mehr Prozessorleistung wachsen die maximale thermische Verlustleistung und damit der Kühlbedarf.

Die zukünftigen PCIe-Generationen (derzeit 3, 4 und 5 in Arbeit) werden die Geschwindigkeit der Speicheranbindung erheblich steigern. Das gilt auch für Dichte und Geschwindigkeit des Memory.

Der aktuelle Standard DDR-4 leistet 2933 Megatransfer pro Sekunde (MT/s), DDR-5 wird es auf 5200 MT/s bringen Parallel steigt die Leistung von SSD-Speicher und NVMe.

Version 2 des Open-Edge-Serverdesigns: Noch sehr komplex

Die derzeitige Version 2 des von Nokia vorgeschlagenen Servers für die Open Edge verwendet die zweite Generation von „Intel Xeon Open Scalable“ Processor. Der 1U-Servereinschub ist für maximal 400 Watt (W) Kühlkapazität, der 2U-Einschub für 700 W konzipiert, die TDP liegt bei 205 W.

Die Speicherausrüstung besteht aus 6*4 DDR4-Modulen und 12*NVMe Memory sowie Platz für vier (2U: 6) SSD-Modulen für SATA/NVMe. Dazu kommen eine (2U: bis zu 3) PCIe-Module mit 16 (2U: zusätzlich 8) Lanes. Insgesamt ist das Design noch recht komplex.

Die aktuelle Generation des Open-Edge-Serverdesigns von Nokia verwendet „Intel Xeon Scalable Prozessoren Version 2“.
Die aktuelle Generation des Open-Edge-Serverdesigns von Nokia verwendet „Intel Xeon Scalable Prozessoren Version 2“.
(Bild: Nokia Datacenter)

Toivola zeigte aber auch den Entwurf der übernächsten Systemgeneration, der gegenüber der jetzigen erheblich vereinfacht, kompakter und gleichzeitig leistungsfähiger sein soll. Das Konzept sieht für den 1U-Server einen Stromverbrauch von 500 W, für den 2U-Server 800 W vor. Die Thermal Design Power (TDP) beträgt 300 W. Auf dem Motherboard befindet sich nur noch ein Chip-Socket.

Spätere Produktgenerationen

Dieses Design wird den schnelleren DDR5-Memory nutzen genau wie PCIe Gen 5 als Zugriffsmethode zum SSD/NVMe-Speicher. Bei hohem Durchsatz ist auch PCIe 6 möglich. Gleichzeitig soll das Design so flexibel sein, dass auf weniger beanspruchten Strecken auch noch PCIe Gen 4 (etwa als Schnittstelle zu bestimmten Speichern) oder gar Gen3 möglich ist. Letzteres könnte Legacy-Datenquellen auf dem Trägerboard anbinden.

Das Local Area Network (LAN) wird auf der Leiterplatte implementiert. Der SSD-Speicher wird im Format EDSFF (Enterprise and Datacenter SSD Form Factor) eingebracht ) E1.S Short, um Platz zu sparen.

Wegen der hohen Kühlanforderungen muss besonders auf einen durchgängigen Luftstrom vorn und hinten geachtet werden. Insgesamt, so Toivola, gelte es, Hitzesenken zu maximieren und sie optimal unterzubringen.

Zudem sind weniger Verbindungen und weniger Bauteile erforderlich. Trotz höherer Leistung sinkt die Komplexität des Leiterplettendesigns, was die Server auch robuster machen sollte.

Ein Chassis für Open Edge

Gleichzeitig hat Nokia auch ein Open-Edge-Chassis entwickelt, das es bereits in den Varianten für eine Höheneinheit (1 U) und 3 U gibt. Nunhat OCP eine weitere Variante in 2 U präsentiert, die größtmögliche Übereinstimmung mit den beiden erstgenannten Komponenten besitzt.

Die OCP Edge Server der Zukunft sollen weniger komplex sein und weniger Bauelemente haben.
Die OCP Edge Server der Zukunft sollen weniger komplex sein und weniger Bauelemente haben.
(Bild: Nokia Datacenter)

Sehr interessante Entwicklungen präsentierte das junge Unternehmen IT Renews. Es will aus den Hyperscaler-DC aussortierte OCP-kompatible Komponenten wie Server weiterverwenden. Das soll die Ressourcen schonen und die Lebensdauer der Geräte um einen zweiten oder mehrere Nutzungszyklen in weniger anspruchsvollen Umgebungen verlängern.

Die Anforderungen an die Server entsprechen denen, die oben bereits für Edge Server beschrieben wurden. Beim Design rückte die Idee in den Mittelpunkt, Systeme für Spezialzwecke in Remote-Lokationen ohne vorhandenes IT-Personal und besonderen Schutz auszulegen.

Sekundärnutzung für DC-Server

Dabei entstanden bislang drei Modelle. Eines für fünf Einschübe steckt in einer Art rollendem Bürocontainer mit normalem Stromstecker. Es kann einfach dadurch in Betrieb genommen werden, dass es an eine normale Steckdose angeschlossen wird.

Eine extrem kompakte, längliche Einheit fasst vier GPUs, wobei zwei dieser Einheiten über eine Master-GPU ( GPU = Graphics Processing Unit) zu einer logischen Einheit mit insgesamt acht GPUs verbunden werden können. Diese GPU-Box eignet sich beispielsweise für industrielle Anwendungen im IIoT-Bereich, bei denen massenweise Daten im Produktionsbereich ausgewertet werden müssen.

Ein drittes Design ermöglicht den Betrieb von bis zu vier OCP-Server-Sledges in einem traditionellen 19-Zoll-EIA-Gehäuse. Um sie einzupassen, werden sie einfach senkrecht nebeneinander statt waagerecht in die Chassis eingeschoben.

IT Renews entwickelte unter anderem eine Lösung, bei der OCP-konforme Server in Standard-EIA-Gehäuse eingebracht werden.
IT Renews entwickelte unter anderem eine Lösung, bei der OCP-konforme Server in Standard-EIA-Gehäuse eingebracht werden.
(Bild: IT Renews)

Sriram Ramkrisa, Ecosystem Engineer bei IT Renews: „So erzeugen wir eine hohe Durchdringung mit OCP bis ins Far Edge und senken dessen Skalierungskosten. Dafür sind an den Open Edge Designs zwar kleinere Veränderungen nötig, aber sie verlängern die Lebensdauer der Server erheblich.“

Edge-Server passiv mit Immersion kühlen

Interessant ist auch eine Designstudie für eine passive Kühllösung für Outdoor-Edge-Systeme. Präsentiert wurde sie von Intel, Foxconn und Baidu. Das System ist ausgelegt für Luftfeuchtigkeit bis 95 Prozent, Schutz nach IP 65 und Temperaturen bis 55 Grad Celsius.

Die Box misst insgesamt etwa 55*70*30 com (B*H*T) und braucht damit nicht viel Platz. Konzipiert ist sie derzeit für ein Prozessor-Board auf Basis des „Intel Xeon Scalable Gold“, ergänzt durch zwei Beschleuniger für das High Performance Computing (HPC) und für Küstliche Intelligenz (KI).

Die Lösung verwendet als Kühlflüssigkeit das äußerst effiziente Hydrokarbon PAO-2, das nur zwei Prozent von Flourkarbonflüssigkeit kostet. Sie arbeitet einphasig, das heißt: Die Kühlflüssigkeit steigt im Becken an den heißen Komponenten erwärmt auf, kühlt im oberen Bereich des Beckens wieder ab, ohne zu verdampfen und kehrt abgekühlt wieder zum Beckenboden zurück. Pumpen werden nicht verwendet. Die erzeugte Hitze wird über die Becken-Außenwand abtransportiert.

Der Prototyp einer passiven Outdoor-Immersionskühllösung von Intel, Baidu und Foxconn sorgt für auch bei extremem Wetter für IT-taugliche Betriebsbedingungen.
Der Prototyp einer passiven Outdoor-Immersionskühllösung von Intel, Baidu und Foxconn sorgt für auch bei extremem Wetter für IT-taugliche Betriebsbedingungen.
(Bild: Intel/Foxconn/Baidu)

Das Design erfordert wegen der eher geringeren Viskosität einen optimalen Abstand der Kühlrippen (zwischen 1,6 und 2,5 Millimetern). Sie dürfen das Kühlmittel keinesfalls am Strömen hindern. Die heißesten Komponenten müssen am weitesten unten, eher kühlere weiter oben untergebracht werden. Dazu, ob und wann die Box auf den Markt kommt, haben die präsentierenden Firmen noch nichts verlauten lassen.

(ID:47020916)