Wasser für die Kühlung Datev eG: Wassergekühlte Racks sparen uns 60 Prozent Stellfläche für Hardware

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Der IT-Dienstleister Datev eG setzt für die Kühlung seiner Serversysteme auf High-Density-Serverschränke mit integrierter Wasserkühlung. Und das aus guten Gründen.

Wo gehobelt wird, fallen Späne. Die Analogie dieser Späne ist beim Betrieb von Rechenzentren die entstehende Wärme. Je schneller und leistungsfähiger die Hardware wird, desto mehr Wärme muss abgeführt werden. Im Rechenzentrum passiert das traditionell über ein Herunterkühlen der Raumluft.

Doch durch eine Kühlung der Server mit Wasser lassen sich Effektivität und Effizienz deutlich steigern. Auch für die aktuelle Herausforderung von Rechenzentren, Nachhaltigkeitsziele wie das Absenken des CO₂-Fußabdrucks zu erreichen, sind solche Green IT-Maßnahmen ein wichtiger Hebel.

Datev ist der drittgrößte Anbieter von Business-Software in Deutschland. Mit Software, Cloud-Angeboten und Know-how stellt das Unternehmen die Basis bereit für die digitale Zusammenarbeit zwischen dem Mittelstand und den steuerlichen Beraterinnen und Beratern, die sich um die betriebswirtschaftlichen Belange der Betriebe kümmern.

Die Herausforderungen

Dafür betreibt der IT-Dienstleister in Nürnberg mehrere eigene Rechenzentren und hat dabei die klassischen Herausforderungen von Rechenzentrumsbetreibern zu stemmen: Immer mehr Leistung auf möglichst wenig Raum unter zu bekommen, den Energieverbrauch dabei im Blick zu behalten sowie ressourcen- und umweltschonend zu agieren.

Eine gute Antwort auf diese Anforderungen, vor allem auch bezogen auf das das Platzproblem sind moderne Blade-Server. Sie ermöglichen eine hohe Komponentendichte, vereinfachen die Verkabelung und tragen zur Senkung des Stromverbrauchs bei. Kurz gesagt, bieten sie auf minimalem Raum viel Leistung.

Diese Konzentration hat allerdings ihren Preis: Ein ordentlich mit Blade-Servern bestückter Schrank gibt viel Wärme ab. Bei standardmäßiger Luftkühlung führt das wiederum dazu, dass sich heute gar nicht mehr der gesamte Platz im Serverschrank ausnutzen lässt.

Vergleichsweise leer

In herkömmlichen, luftgekühlten Serverschränken sind in der Regel Leistungen von fünf bis acht Kilowatt realisierbar, spätestens bei zehn bis zwölf Kilowatt ist endgültig Schluss. Galt dieser Wert in der Vergangenheit als ausreichend, bedeutet er bei aktuellen leistungsfähigen Serversystemen, dass in einen Serverschrank nur ein bis zwei Blade-Serversysteme eingebaut werden können.

Somit bleibt über die Hälfte des Serverschrankes leer und ungenutzt, da sonst die Obergrenze für die Klimatisierung, also für die Wärme-Abfuhr, überschritten wird. Die Wärme-Entwicklung wird dann einfach zu hoch und gefährdet den reibungsfreien Betrieb der Komponenten.

Ein zentrales Element, um diese Gleichung positiv zu verändern, ist die Kühlung. Mit intelligenter Wasserkühlung lässt sich die in einem Schrank vereinbare Leistung locker verdoppeln. Wassergekühlte High-Density (HD)-Serverschränke erlauben IT-Leistungen von bis zu 24 bis 30 Kilowatt und machen es dadurch möglich, rund dreimal so viele Blade-Systeme auf gleichem Raum unterzubringen.

Statt lediglich zwei lassen sich darin bis zu sieben Systeme betreiben. Das Erfolgsrezept liegt dabei in einem Wärmetauscher, der in der Schranktür angebracht und an ein Kühlwassernetz angeschlossen ist. So erfolgt die Kühlung der HD-Serverschränke direkt durch das Wasser, das die Wärme aufnimmt.

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Der Vorteil gegenüber luftgekühlten Serverschränken zeigt sich im Kühlkonzept: Bei luftgekühlten Racks wird über einen Doppelboden den Servern an der Vorderseite kalte Luft zur Verfügung gestellt. Der Server saugt die kalte Luft ein, wird dadurch gekühlt und bläst die warme Luft auf der Rückseite des Servers in den Raum, wo sie abgesaugt wird. Umluftklimaschränke im Raum kühlen diese warme Luft mittels eines Luft-Wasser-Wärmetauschers wieder ab und sie wird über den Doppelboden wieder den Servern zur Verfügung gestellt.

Dieses Kühlkonzept funktioniert für die Hardware, hat aber den Nachteil, dass ständig große Luftvolumina bewegt werden müssen. Die von den Umluftklimaschränken aufgenommene Wärme wird dann über einen Wasserkreislauf aus dem Rechenzentrum transportiert und in Rückkühlern (ebenfalls Wärmetauscher) wird das Kühlwasser wieder abgekühlt und die Wärme an die Umgebung abgegeben.

Wasser kann schneller mehr Wärme abführen

Beim wassergekühlten High-Density-Schrank ist der Wärmetauscher dagegen direkt in der hinteren Schranktür eingebaut und wird ebenfalls von Kühlwasser durchflossen. Das erwärmte Kühlwasser wird direkt über einen Wasserkreislauf aus dem Rechenzentrum transportiert und wie oben beschrieben abgekühlt. Der große Vorteil: Wasser kann in etwa vier Mal so viel Energie aufnehmen wie Luft. Damit wird die Kühlung gegenüber luftgekühlten Serverschränken verschlankt und ist effizienter.

Auf diese Weise lässt sich die vorhandene Rechenzentrumsfläche optimal nutzen, indem rund 50 bis 60 Prozent weniger Stellplatz benötigt wird. Da die hohen Wärmelasten effizient sehr nah am Ort der Entstehung beim Server abgeführt werden, wird die Raumkühlung stark entlastet. Warm-/Kaltgangeinhausungen, wie sie teilweise genutzt werden, um die Luftströme zu optimieren, sind damit nicht länger notwendig, da es keine Wärmeeinträge in den Rechenzentrumsraum gibt.

Anspruchvolles, aber lohnendes Projekt

Das Konzept der Wasserkühllösung besteht seit mehreren Jahren und ist im Bereich des High Density Computing bereits bewährte Technik. Die Erfahrungen bei Datev mit den wassergekühlten HD-Serverschränken sind sehr positiv.

Bei dem IT-Dienstleister kommen so genannte Back Cooler der Schäger IT-Systems zum Einsatz. Nach kurzer Konzeptions- und Testphase hat der Rechenzentrumsbetreiber sie im Oktober 2023 produktiv in Betrieb genommen und diese Infrastruktur seitdem sukzessive ausgebaut.

Ein Kernelement im Einführungsprojekt war die Kaltwasserinfrastruktur, da Wasser in Nähe von elektronischen Komponenten prinzipiell auch ein Risiko darstellt. Deshalb ist ein hohes Maß an Sorgfalt nötig, wenn die wasserführenden Systeme im laufenden Betrieb realisiert werden.

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Im Projekt zeigte sich, dass gerade dieser Punkt auch zeitaufwändig ist. Deshalb wurde die initiale Inbetriebnahme der Blade-Server erst noch mit Luftkühlung ausgeführt und später durch das geplante Design ergänzt.

Die Kaltwasserversorgung zu den HD-Racks hat Datev komplett redundant aufgebaut, so dass eine hohe Verfügbarkeit gegeben ist. Sollte dennoch einmal ein Kühlelement in einem der High-Density-Serverschränke ausfallen, genügt als Fallback auch die umgebende Raumkühlung, um Schäden an der Hardware zu verhindern (siehe auch: „Interview mit Heiko Ebermann, Vertiv: „Etwas Luftkühlung bleibt fast immer““).

Diese müsste aber höchstens kurzzeitig übernehmen, da die internen Prozesse im Datev-Rechenzentrum sicherstellen, dass eine entsprechende Reparatur in kurzer Zeit abgeschlossen wäre. Dazu betreuen eigene Techniker die IT-Systeme und Infrastrukturen mit Rufbereitschaft rund um die Uhr.

Auch im Sinne der Nachhaltigkeit einträglich

Durch den Einsatz der High-Density-Serverschränke kann Datev rund 60 Prozent Stellfläche für die Hardware einsparen und in den elementaren Bereichen Energie-Effizienz, Hochverfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Regulatorik seine Ausgangslage weiter verbessern. So ist das Projekt für den IT-Dienstleiser auch ein wichtiger Baustein in den Bemühungen, die Anforderungen aus dem Energieeffizienzgesetz (EnEfG) besser umzusetzen. Darüber hinaus unterstützt er aber auch weitere Aspekte der Nachhaltigkeit, die bei Datev schon immer einen hohen Stellenwert einnehmen.

Die Technik hilft dem Unternehmen dabei, mittels Green-IT-Maßnahmen seinen CO₂-Fußabdruck bis weiter zu reduzieren, und so die selbst gesteckten Nachhaltigkeitsziele einfacher zu erreichen. Im Geschäftsjahr 2023 hat Datev seine CO₂-Intensität um zehn Prozent senken können – daran hatten auch die neuen High-Density-Systeme ihren Anteil.

Zudem sorgt der Einsatz dieser Technik für größere Flexibilität, was den künftigen Ausbau des Rechenzentrums betrifft. Diese unter dem Stichwort Elastizität betrachtete Herausforderung trifft alle Rechenzentren immer stärker, denn Technologiesprünge vollziehen sich immer schneller.

So wird es immer schwerer vorherzusehen, was für Hardware mittelfristig für die Bereitstellung der eigenen Services notwendig ist. Das nächste Green IT-Projekt ist bei Datev auch schon in Planung: Perspektivisch möchte das Unternehmen auch die im Wasser gebundene Abwärme-Energie einer sinnvollen Nutzung zuführen.

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