Gebäude-Automation und Sicherheitstechnik schützen die Fabriken des 21. Jahrhunderts Ein Rechenzentrum braucht mehr als eine Hülle um die IT

Autor / Redakteur: Malte Gloth / Ulrike Ostler

Um die Verfügbarkeit eines Rechenzentrums sicher zu stellen, müssen nicht nur die Daten sicher verarbeitet, gespeichert und geschützt, sondern auch die Server-Gebäude sicher und effizient betrieben werden. Die Voraussetzung dafür sind intelligente gebäudetechnische Infrastrukturen, zum Beispiel von Siemens.

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Brände sind die häufigste Ursache für Betriebsunterbrechungen in Rechenzentren. So sehen Stickstoffbehälter für die Gaslöschanlage eines Rechenzentrums aus.
Brände sind die häufigste Ursache für Betriebsunterbrechungen in Rechenzentren. So sehen Stickstoffbehälter für die Gaslöschanlage eines Rechenzentrums aus.
(Bild: Siemens AG)

Smartphones, Tablets, digitales Fernsehen – Exabytes an Daten, die Monat für Monat durchs Internet laufen: die Informationstechnologie entwickelt sich schneller denn je. Etwa alle 18 Monate verdoppelt sich die gespeicherte Datenmenge. Im selben Maß steigen die Anforderungen an die dafür notwendige Infrastruktur. Eine Schlüsselrolle in der vernetzten Datenwelt spielen Rechenzentren. In ihnen verbinden sich die Welt der IT und die der Gebäude.

Mit den sich ständig ändernden Anforderungen der IT-Welt gehen auch hohe Herausforderungen an die Infrastruktur einher. Allein der Datenverkehr mit mobilen Endgeräten wächst jährlich um mehr als 50 Prozent. Mit Stand Oktober 2013 gab es eine Million Apple- und 500.000 Google-Apps. Längst ist das Exabyte – eine Ziffer mit 18 Nullen – zur gängigen Dateneinheit geworden.

Für Verantwortliche eines Rechenzentrums heißt das: Server haben einen Lebenszyklus von drei bis fünf Jahren und entsprechen danach nicht mehr den aktuellen Anforderungen. Innerhalb von wenigen Jahren muss also ständig neu investiert werden.

Infrastrukturen im Zeichen der Verdichtung

Die Gebäudeinfrastrukturen eines Rechenzentrums wie Server-Räume oder die Kälte- und Stromversorgung können jedoch häufig nicht im selben Tempo erneuert werden. Ihr Lebenszyklus ist typischerweise wesentlich länger als die der IT-Komponenten.

Um bei höherer Rechenleistung den gleichen Platz zu nutzen, kommen beispielsweise kompakte Blade-Server zum Einsatz. Allerdings haben diese einen hohen Energiebedarf, so dass der Stromkonsum pro Quadratmeter steigt – und mit ihm das Risiko für eine Überhitzung.

Spagat zwischen IT- und Infrastrukturwelt

Genauso wie die immer leistungsfähigeren und schlankeren Server, muss auch die Gebäude-Infrastruktur skalierbar sein. Dabei kommt dem Infrastruktur-Management eine zentrale Bedeutung zu.

Exabyte laufen in den Fabriken des 21. Jahrhunderts zusammen.
Exabyte laufen in den Fabriken des 21. Jahrhunderts zusammen.
(Bild: Siemens AG)

Nutzt ein Unternehmen sein Rechenzentrum ausschließlich selbst, ist das Management der IT- und der Gebäude-Infrastruktur genau definiert: Im Idealfall ist die Server-Struktur einheitlich, der Energieverbrauch gleichmäßig und gut planbar und der physische Zutritt ist auf eine feste Mitarbeitergruppe begrenzt. Ähnliches gilt für die Rechenzentren großer Internet Provider, weil Prozesse und Technologien häufig stark standardisiert sind.

Beim Colocator

Anders ist es bei Anbietern von so genannten Hosted Managed Services oder bei Colocators. Sie stellen anderen Unternehmen Rechnerkapazitäten und deren Betrieb zur Verfügung – oder auch nur die Räumlichkeiten zum Aufstellen eigener Server.

Daher kann der Bedarf an Platz und Energie auftragsabhängig stark schwanken. Außerdem ist bei den Colocators der Kreis der Personen, die das Rechenzentrum betreten dürfen, in der Regel größer und komplexer zu verwalten. Ein Kunde muss rund um die Uhr Zutritt zu den eigenen, aber keinesfalls zu fremden Servern haben.

Je heterogener die IT-Landschaft eines Rechenzentrums, desto wichtiger ist ein gutes Zusammenspiel des Asset- und eines übergeordneten Infrastruktur- Managements. Um dieses an die steigenden Anforderungen anzupassen und Optimierungsmöglichkeiten auszuschöpfen, braucht es Expertise in beiden Bereichen: bei der Gebäude-Infrastruktur, -Technik und -Automatisierung sowie ein umfassendes Wissen rund um die Prozesse in und das Management von Rechenzentren.

Fabriken des 21. Jahrhunderts

Der sichere und effiziente Betrieb von Rechenzentren weist viele Analogien zum Betrieb klassischer Industrieprozesse auf. Rechenzentren können deshalb mit gutem Grund als die „Fabriken des 21. Jahrhunderts“ bezeichnet werden. Es geht darum, industrietypische Prozesse und Workflows zu verstehen und sie mit durchgängigen, integrierten Lösungen zu unterstützen und zu automatisieren.

„Integriert“ heißt in diesem Zusammenhang, dass alle Einzelgewerke nahtlos und technisch transparent ineinandergreifen. Siemens bietet spezifisch für Rechenzentren lösungsorientierten Ansätze, bei dem nicht einzelne Komponenten betrachtet, sondern ein Paket aus verschiedenen Komponenten geschnürt wird.

„Integriert“ heißt weiterhin, dass sich bei der Umsetzung solcher Lösungen vielfältige Kompetenzbereiche ergänzen müssen. Daher hat Siemens seine Kernkompetenzen rund um Gebäudetechnik und Energieeffizienz durch die Kooperation mit ausgewählten Partnern aus dem Infrastruktur- wie auch dem IT-Bereich erweitert und bindet bei Bedarf deren Drittprodukte in sein eigenes Lösungsportfolio ein.

Nach zwei Tagen zahlungsunfähig

Die in einem Rechenzentrum eingesetzten Systeme und Anlagen müssen höchsten Ansprüchen an die Verfügbarkeit genügen, vergleichbar mit der hohen Priorität, die der Ausfallsicherheit in der industriellen Produktion zukommt. Rechenzentren müssen täglich rund um die Uhr und unterbrechungsfrei funktionieren – Business Continuity ist hier das Stichwort.

Dies mit gutem Grund: Fällt die Datenverarbeitung aus, kommt es in allen Branchen zum Geschäftsstillstand. Eine Bank ist beispielsweise ohne funktionierendes Rechenzentrum nach 48 Stunden nicht mehr zahlungsfähig.

Eingreifen, bevor Schaden entsteht

Integrierte Gesamtlösungen erlauben die professionelle Steuerung und das transparente Management der komplexen Abläufe und Prozesse der Rechenzentrumsinfrastruktur. Was das in der alltäglichen Praxis bringt, verdeutlicht folgendes Beispiel:

Heizung-, Lüftungs- und Klimatechnik bedarfsgerecht steuern und Energieströme auswerten kann man mit Desigo von Siemens.
Heizung-, Lüftungs- und Klimatechnik bedarfsgerecht steuern und Energieströme auswerten kann man mit Desigo von Siemens.
(Bild: Siemens AG)

Weist etwa das Energie-Monitoring auf einen punktuell erhöhten Stromverbrauch hin, kann dies ein Frühindikator für eine Störung sein, die einen Brand zur Folge haben könnte. Wird dies erkannt, können Gegenmaßnahmen frühzeitig eingeleitet werden, noch bevor ein größerer Schaden entstehen kann.

Desigo und Clarity LC von Siemens

Beispielsweise kann die „Desigo“-Produktfamilie von Siemens das übergreifende Management, die Kontrolle und die Automatisierung der Rechenzentrumsinfrastruktur übernehmen. Dazu zählen Energie- und Gebäude-Management, Brandschutz und Gebäude-Überwachung. Applikationen von Desigo ermöglichen zudem Visualisierungen in 3D, die mit zusätzlichen Informationen wie Temperatur oder Stromverbrauch ergänzt werden können.

Um das Facility- und das IT-Management zu verknüpfen und Daten und Informationen aus verschiedenen Systemen zusammenzuführen, kann die Data Center Infrastructure Management (DCIM)-Software von Siemens – Datacenter „Clarity LC“– genutzt werden. Neben Asset-Management-Funktionalität und 3D-Modellierung des Rechenzentrums bietet die Software auch Simulationen an. (siehe auch: Top 10 der DCIM-Tools)

Mit ihnen kann gezeigt werden, wie sich Änderungen an der IT-Landschaft auf die Gebäudetechnik auswirken würden. Soll zum Beispiel zusätzliche Serverhardware aufgestellt werden, ermittelt die Software die Auswirkungen auf den Energieverbrauch oder berechnet, wie die Kühlleistung angepasst werden muss.

Optimierter Energiebedarf

Rechenzentren gehören zu den größten Stromverbrauchern überhaupt. Laut Studien sind sie für rund zwei Prozent des weltweiten Energiekonsums verantwortlich. Die Energiekosten machen den Großteil der Betriebskosten eines Rechenzentrums aus und allein bis zu 40 Prozent davon gehen auf das Konto der Kühlleistung.

Der Autor, Malte Gloth ist Leiter Business Line Data Center bei der Siemens-Division Building Technologies
Der Autor, Malte Gloth ist Leiter Business Line Data Center bei der Siemens-Division Building Technologies
(Bild: Siemens-Division Building Technologies)

Mit einem Energie-effizienten Betrieb von Servern und der Gebäudeinfrastruktur können die Energiekosten signifikant gesenkt werden. Als Kenngröße für Energie-Effizienz wird der so genannte PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) verwendet.

Sparsame Rechenzentren liegen heutzutage bei einem PUE-Wert von 1,2 bis 1,3. Das Gebäude-Automationssystem Desigo automatisiert nicht nur bedarfsgerecht die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaregelung, sondern kann auch verschiedene Kühlsysteme und -konzepte integrieren und somit einen energieeffizienten Betrieb unterstützen.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Stromversorgungsunternehmen können keine unterbrechungsfreie Stromversorgung garantieren. Rechenzentrumsbetreiber müssen sich also selbst gegen Ausfälle absichern.

Dafür wird die Stromverteilung redundant ausgelegt und mit USV (= unterbrechungsfreie Stromversorgung)-Anlagen und Generatoren ergänzt. Neben der Sicherstellung der hohen Verfügbarkeit des Rechenzentrums sollen auch die Mitarbeiter im Arbeitsalltag geschützt und Brandgefahren minimiert werden. Hier bieten Stromschienen Flexibilität für den Betrieb und eine Senkung des Brandrisikos.

Im laufenden Betrieb muss das Stromversorgungssystem ständig überwacht werden, um den Verbrauch oder die Versorgungsqualität – die sogenannte Power Quality – zu kontrollieren. Diese Werte werden an verschiedenen Orten im Stromnetz gemessen und zum Teil für spätere Analysen aufgezeichnet.

Weichen Messwerte von vorgegebenen Sollparametern ab, wird ein Alarm ausgelöst. Auch für die elektrische Energieversorgung in Rechenzentren bietet Siemens ein breites Produktportfolio, das eine hohe Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit ideal unterstützt.

Die häufigste Ausfallursache sind Brände

Tatsächlich sind Brände die häufigste Ursache für Betriebsunterbrechungen in Rechenzentren. Sie entstehen zum Beispiel aus Schwelbränden in der Verkabelung. Siemens bietet hierfür spezifische Brandschutzlösungen. Das Ziel dabei ist es immer, einen entstehenden Brand möglichst früh zu erkennen und wirkungsvoll zu bekämpfen.

Ansaugrauch- und Brandmelder helfen dabei, Brände frühzeitig zu erkennen.
Ansaugrauch- und Brandmelder helfen dabei, Brände frühzeitig zu erkennen.
(Bild: Siemens AG)

So genannte Ansaugrauchmelder (Aspirating Smoke Detectors, ASD), die in den Rechnerräumen installiert werden, nehmen über ein Ansaugrohrnetz permanent Luftproben und untersuchen sie auf Rauchpartikel. Erkennt der Melder einen Brand, werden automatisch Gaslöschsysteme ausgelöst, die den Raum innerhalb kürzester Zeit mit den Löschgasen Stickstoff oder Argon fluten und – anders als bei Wasser oder Schaum – rückstandslos löschen.

Löst bei einem Brand in einem Rechenzentrum eine automatische Gaslöschanlage aus, können Festplatten allerdings Schaden nehmen. Diese reichen vom automatischen Herunterfahren bis zum Datenverlust. Eine Studie von Siemens ergab, dass die Schäden durch den hohen Geräuschpegel ausgelöst werden, die konventionelle Löschanlagen erzeugen.

Brände im Keim ersticken

Für die sichere und leise Löschung hat Siemens deshalb in den letzten Jahren die „Silent Extinguishing Technology“ entwickelt. Die Hauptkomponenten dieser Technik sind die Löschdüse „Sinorix Silent Nozzle“ und die „Sinorix CDT“ (Constant Discharge Technology)Ventil-Technik, die ein gleichmäßiges Einbringen des Löschgases ermöglicht.

Vollautomatisch und mit Hilfe der Löschgase Stickstoff oder Argon können damit Brände in Rechenzentren schnell und rückstandslos gelöscht werden. Die Sinorix Silent Nozzle reduziert bei einer Löschung den Lärmpegel um bis zu 20 Dezibel. Im Zusammenspiel mit den anderen Komponenten und Einstellungen einer Siemens-Gaslöschanlage mit der Silent Extinguishing Technology verringert sich der Geräuschpegel auf unter 100 Dezibel.

Sicherheit für sensible Daten

Die physische Sicherheit von Daten ist für die Betreiber von Rechenzentren das wichtigste Kriterium für den Wettbewerb. Ein hohes Sicherheitsniveau trägt entscheidend zum positiven Image eines Rechenzentrums bei.

Video-Überwachung sichert IT-Technik und sensible Daten vor unbefugtem Zugriff.
Video-Überwachung sichert IT-Technik und sensible Daten vor unbefugtem Zugriff.
(Bild: Siemens AG)

Anders als bei den gesetzlichen Vorgaben zum Brandschutz definieren Unternehmen im Bereich von Zutrittskontrolle und Sicherheit häufig ihre eigenen, individuellen Standards. Diese umfassen etwa Systeme für die Zutrittsberechtigung, den Einbruchsschutz oder die Videoüberwachung der Innen- und Außenbereiche. Siemens bietet auch für diesen Bereich ein Portfolio.

Der Autor:

Malte Gloth ist Leiter Business Line Data Center bei Siemens-Division Building Technologies.

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