IT-Sizing als Basis zur Rechenzentrumsplanung, Teil 1 Kenntnis der IT-Last muss die Voraussetzung jeder Datacenter-Planung sein

Ein Gastbeitrag von Peter auf dem Graben*

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Der erste Schritt in den Planungsphasen zu einem neuen Rechenzentrum stellt die Frage nach dem IT-Leistungsbedarf, als Frage formuliert: Welche Anforderungen stellt das IT-Equipment an das Rechenzentrum, welches später im Whitespace betrieben werden soll?

Nur wer die IT-Load für ein geplantes Rechenzentrum kennt, kann diesem Verwendungszweck gerecht werden, zum Beispiel mit adäquater Verkabelung, Kabelschächten und -zuleitungen, Belüftung, ....  Nachbesserungen sind teuer.
Nur wer die IT-Load für ein geplantes Rechenzentrum kennt, kann diesem Verwendungszweck gerecht werden, zum Beispiel mit adäquater Verkabelung, Kabelschächten und -zuleitungen, Belüftung, .... Nachbesserungen sind teuer.
(Bild: © bgspix - stock.adobe.com )

Die Erfahrung zeigt, dass damit viele Unternehmen, die ein Rechenzentrum planen, in der Phase der Konzeptionierung vor einer riesigen Herausforderung stehen. Dies ist durchaus berechtigt, wenn man bedenkt, wie komplex dieses Thema ist.

Entscheidungen, die hier getroffen werden, nehmen einen direkten Einfluss auf alle Gewerke im Rechenzentrum. Fehlentscheidungen können gravierende Auswirkungen auf den wirtschaftlichen Betrieb und unter Umständen auch auf die Funktion mit sich bringen.

Ergänzendes zum Thema
Der Lesestoff

In einem dreiteiligen Fachartikel soll ein Einblick in die Themen und Methoden geliefert werden,. Er widmet sich der Fragen, wie sich die IT- und Datacenter-Infrastruktur effizient nutzen lassen, um den Grundstein für eine solide Rechenzentrumsplanung zu legen.

Der erste Teil bietet einen kurzen Überblick über die Phasen der Datacenter-Planung, zeigt, in welcher Phase sich das IT-Sizing befindet und was es beinhaltet. Außerdem werden die möglichen Auswirkungen einer Fehlplanung und den Vorteilen einer Analyse der bestehenden IT-Infrastruktur erläutert.

Der zweite Teil zeigt Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung und Lösungsansätze zum Umgang mit den unbekannten Faktoren, die dennoch in der Planung berücksichtigt werden müssen.

Der dritte und letzte Teil beschreibt den Nutzen von Recherchen zum Einsatz Energie-effizienten Technologien, den Auswertungen von Produktankündigungen der Hersteller in ihren Roadmaps sowie die Auswirkungen der Leistungsverdichtung auf das Rechenzentrum.

Durch intensive Beratungsgespräche und dafür entwickelte Workshops gelingt es, zukünftigen Betreibern die notwendige Sicherheit für ihre Entscheidungen zu geben und diese in die Lage zu versetzen, mit bestmöglicher Konzeption in die weiteren Planungsphasen zu gehen.

Ein kurzer Überblick über die Phasen bei der Schaffung neuer Rechenzentrumsflächen soll eine Vorstellung über den zeitlichen Ablauf geben. Die Zeit von Planungsbeginn bis zur Inbetriebnahme eines neuen Rechenzentrums variiert je nach Umfang und Bauvorhaben.

Ddie Phasen bei der Schaffung neuer Rechenzentrumsflächen
Ddie Phasen bei der Schaffung neuer Rechenzentrumsflächen
(Bild: DC-CE RZ-Beratung GmbH & Co. KG )

In diesem Fachartikel beschränken wir uns auf die erste Phase der RZ-Planung, die Konzeptionierung und dabei auf Ermittlung für den IT-Leistungsbedarf. Die Phase der Konzeptionierung gliedert sich in folgende Punkte:

o Die IT-Strategie legt im Hinblick auf das IT-Sizing die grundlegenden Parameter fest wie:

  • IT-Technologiestrategie
  • IT-Verfügbarkeitsstrategie
  • IT-Migrationsstrategie
  • IT-Wachstumsstrategie

o Die IT-Analyse befasst sich zum einen mit der IST-Bestandsaufnahme der vorhandenen IT-Infrastruktur sowie der Bedarfsermittlung von Abweichungen zum Bestand:

  • IT-Bestandserfassung
  • IT-Bestandsbewertung
  • IT-Bedarfsbewertung
  • o Die IT-Zielvorgaben beschreiben das Ergebnis aus dem IT-Sizing und beinhaltet
  • den benötigten IT-Flächen- und Leistungsbedarf
  • den Wachstumsbedarf
  • den Bedarf im Erst- und Endausbau sowie die Skalierbarkeit

o Budget - die TCO Betrachtung

Mit dem IT-Sizing fließen die oben genannten Strategien und Analysen in die Zielvorgaben ein und bestimmen die Dimension und Ausstattung des späteren Rechenzentrums.

Die Zielvorgaben beinhalten:

  • den IT-Leistungsbedarf, das heißt: die elektrische Leistungsaufnahme des IT-Equipments, welches im Rechenzentrum später betrieben werden soll.
  • den IT-Flächenbedarf, auf dem so genannten „Whitespace“ im Rechenzentrum. Dies ist ein spezifizierter, abgeschlossener und eigens gesicherter Bereich im Rechenzentrum, den das IT-Equipment für den Betrieb im Rechenzentrum beanspruchen wird.
  • das Gewicht, bestehend aus der Summe der vorgesehenen Serverracks und dem IT-Equipment, welches vom jeweiligen Boden und gegebenenfalls einem Doppelboden im Whitespace getragen werden muss. Zudem muss die gesamte Datacenter-Statik entsprechend ausgelegt werden.
  • die Umgebungsbedingungen im Whitespace wie Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit.

Ein Rechenzentrum kann im Whitespace je nach Anforderung in separierte Bereiche mit unterschiedlichen Leistungsdichten aufgeteilt werden. Dies muss innerhalb der Planungsphase bei der Aufteilung der Fläche und bei der Auslegung der Datacenter-Infrastruktur berücksichtigt werden.

Die Leistungsdichte

Werden die beiden Größen Leistungs- und Flächenbedarf zu einer vereint, ergibt sich daraus die IT-Leistungsdichte - ein Wert, der in der Rechenzentrumsplanung eine bedeutende Rolle spielt. Die Leistungsdichte mit der Einheit Watt pro Quadratmeter (W/m2) beschreibt, welche elektrische Leistung durchschnittlich pro Flächeneinheit zur Verfügung gestellt wird und dementsprechend in Form von Wärme aus dem Rechenzentrum wieder abgeführt werden muss.

Genauso lässt sich die Leistungsdichte über die Server Racks beschreiben [W/Rack]. Alle Kernkomponenten der Rechenzentrumsinfrastruktur, die zur Stromversorgung und Klimatechnik gehören, müssen in ihrer Größe entsprechend den IT-Bedarfsanforderungen ausgelegt werden.

Die RZ-Infrastruktur wird getrennt von der IT-Infrastruktur betrachtet. Es gibt aber in der Planung wie auch im RZ-Betrieb eine enge Abhängigkeit zueinander. Dieses Zusammenspiel entscheidet am Ende über die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit eines Rechenzentrums.

Zu der Datacenter-Infrastruktur zählen:

  • das Rechenzentrumsgebäude,
  • die Stromversorgung,
  • die Klimatisierung,
  • der Brandschutz sowie Beleuchtungs-, Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen.

Die klassischen IT-Komponenten der IT-Infrastruktur im Rechenzentrum, die beim IT-Sizing in erster Linie zum Tragen kommen, setzten sich zusammen aus:

  • o den Servern und den Systemen, die Rechenleistung im Rechenzentrum zur Verfügung stellen
  • den Storage-Systemen zur Speicherung der Nutzerdaten
  • den Netzwerkkomponenten, bestehend aus dem Backbone und den Unterverteilungen,
  • die für Verbindungen der Systeme im Rechenzentrum untereinander sorgen
  • für sichere Verbindungen zur Außenwelt sorgen
  • die den Nutzern Zugriff auf die Systeme ermöglichen

Da es zahlreiche Hersteller für unterschiedliche Serverhardware im Markt gibt sowie große und kleine Server, mit hoher oder geringerer Stromaufnahme und nahezu unzählige Konfigurationsmöglichkeiten dieser Systeme stehen 'plötzlich' viele Fragen im Raum wie:

  • Welches Serversystem ist nun das System der Wahl, das heisst: das richtige für meinen Anwendungsfall?
  • Wie viele davon werden jeweils im neuen Rechenzentrum benötigt?
  • Welches bestehende IT-Equipment aus dem alten Rechenzentrum soll in das neue umziehen?
  • Werden physische oder virtuelle Systeme umgezogen, physische in virtuelle umgewandelt?
  • Möchte ich in meinem neuen Rechenzentrum virtualisieren und wenn ja, mit welcher Technologie?
  • Welche Leistungen und Spezifikationen werden die IT-Systeme haben, die mit der Fertigstellung meines Rechenzentrums, also dem Zeitpunkt der Besiedelung zur Verfügung stehen?

Eingangs wurden verschiedene IT-Strategien aufgezählt, die in der Phase der Konzeptionierung mit dem IT-Sizing beschlossen werden müssen. Diese Strategien beschreiben Lösungsansätze, die Vorgaben für das Konzept und IT-Sizing liefern.

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Um die meisten solcher Fragen zielgerichtet zu beantworten, werden in den nachfolgenden Ausführungen geeignete Methoden zusammengestellt. Die Anwendung der Methoden setzt eine sehr gute Zusammenarbeit aller Verantwortlichen voraus, die in diesem Thema involviert sind, sehr gute Kenntnisse in den Strukturen der bestehenden IT-Infrastruktur und ein sehr gutes IT-Basiswissen.

Die Grundlagen

Im ersten Abschnitt wurde der Begriff „IT-Leistungsbedarf“ verwendet und bereits festgehalten, dass es sich letztendlich um den Bedarf an elektrischer Leistung für das IT-Equipment handelt, welcher fast vollständig in Wärme umgesetzt wird. Die gewünschte und benötigte zentrale Funktionalität im Rechenzentrum für die Abwicklung der täglichen Geschäfts- und Produktionsprozesse wird durch den Einsatz entsprechender Software erreicht.

Hierbei handelt es sich um IT-Applikationen und IT-Services, die bestimmte Anforderungen an die Hardware und deren Leistungsstärke stellen. Somit wird der Zusammenhang deutlich, dass der Einsatz der Softwareprodukte darüber entscheidet, welche und wie viele IT-System-Ressourcen im Rechenzentrum letztendlich benötigt werden.

Jeder Server im Rechenzentrum kann nur eine bestimmte Anzahl an Systemressourcen zur Verfügung stellen. Hinzu kommt die Art der Bereitstellung, das Nutzerverhalten, die Anzahl der Nutzer, die gespeicherte Datenmenge und Speicherdauer, die den IT-Leistungsbedarf deutlich beeinflussen.

Unterschiede in den Workloads

Zudem gibt es einige Anwendungsbereiche, wie High-Performance-Computing (HPC), bei denen spezielle und leistungsstarke Hardware zum Einsatz kommt. Solche Systeme werden in der Regel unter voller Auslastung betrieben und stellen in der Regel andere Anforderungen an ein Datacenter, zum Beispeil die Enterprise-Systeme für das übliche Tagesgeschäft im Unternehmen oder einer „Virtual Desktop Infrastruktur“ (VDI).

Spätestens hier wird deutlich, dass zu einer plausiblen Beschreibung der IT-Leistung im Rechenzentrum eine einseitige Betrachtung der Hardwarekomponenten allein nicht ausreichend ist.

Um die IT-Hardware effektiver zu nutzen als in der klassischen IT, bei der überwiegend dedizierte Serverhardware für eine bestimmte Applikation zum Einsatz kommt, wurden unterschiedliche Technologien entwickelt, um eine bessere Auslastung der Systeme zu erzielen. Eine davon ist die Virtualisierung im Rechenzentrum, für welche mittlerweile unterschiedliche Lösungsansätze angeboten werden, auf die im zweiten Teil dieses Fachartikels eingegangen wird.

Fehlplanungen sind die Basis für Verluste - bis hin zur Investitionsruine

Wie schon aus der Vergangenheit bekannt, wird bei der Rechenzentrumsplanung nach wie vor lieber mit einer großen Sicherheit kalkuliert, nach dem Motto, „Lieber etwas größer als zu klein, um auf der sicheren Seite zu sein“.

Eine solch „großzügige“ Kalkulation, die vielleicht auf den ersten Blick eine gewisse Form von Sicherheit suggeriert, kann jedoch eine Fehlplanung mit Folgen haben. Alle Gewerke des Rechenzentrums müssen entsprechend dem IT-Leistungsbedarf und demzufolge größer ausgelegt werden. Angefangen bei der Stromversorgung, bei der die Transformatoren entsprechend größer ausgelegt und in folglich größeren Räumen untergebracht werden müssen, bis hin zu den Verträgen mit den Energieversorgern, die ggf. nicht eingehalten werden können. Gefolgt von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) und der Netzersatzanlage (NEA).

Die Kosten steigen nahezu unweigerlich.
Die Kosten steigen nahezu unweigerlich.
(Bild: DC-CE RZ-Beratung GmbH & Co. KG )

Gleiches gilt für die Klimatechnik, die ebenfalls entsprechend der höheren IT-Last ausgelegt werden muss. Letztendlich bedeutet dies höhere Grundstücks- und Baukosten, zusätzliche Kosten für Gebäude sowie Anlagentechnik und zusätzliche laufende Kosten für den Betrieb und die Bewirtschaftung des Rechenzentrums.

Werden die Anlagen nicht in dem vom Hersteller angegebenen Nennlastbereich betrieben, können diese zudem deutlich unwirtschaftlicher laufen. Dies lässt sich besonders gut am Beispiel der USV- Anlagen mit kinetischem Energiespeicher erklären. Bei diesen Systemen wird ständig eine konstante Energie zugeführt, die der Nennlast des Systems entspricht, aber unabhängig von der daran angeschlossenen IT-Last ist.

Wird die IT-Last im Nennlastbereich nie erreicht, können die Energiekosten für den Antrieb dieser sonst sehr effizienten Technik schnell höher liegen als geplant. Das System läuft unwirtschaftlicher als ursprünglich angenommen, da ständig mehr Energie hineinfließt als eigentlich notwendig. Ähnliches gilt, wenn auch vielleicht nicht in dieser extremen Form, für andere Komponenten der Datacenter-Infrastruktur.

Zu wenig eingerechnet

Falscheinschätzungen der Leistungsdichte im umgekehrten Fall, kann zu einer Unterdimensionierung führen. Das Rechenzentrum stößt zu schnell an die Leistungsgrenze, USV-Anlagen können nicht der vorgesehenen Überbrückungszeit standhalten. Eine Erweiterung ist unter Umständen nicht mehr oder nur mit erheblichem Aufwand möglich.

Die Erfahrung jedoch zeigt, dass diese Variante der Fehleinschätzung eher selten vorkommt. Dies hat bereits eine Studie der Eco Datacenter Expert Group im Jahr 2012 belegt.

Ein erster Schritt bei der Planung, um Fehleinschätzungen zu vermeiden, ist die Analyse der bestehenden IT in Form einer IST-Datenerfassung.

Das Erfassen der Ist-Daten

Die Ist-Datenerfassung stellt eine Bestandsaufnahme und die Analyse der IT-Architektur des aktuellen Rechenzentrums dar und ist in mehrfacher Hinsicht hilfreich und in der Regel unumgänglich.

Für die unter Umständen später anstehende Migration, den Umzug in das neue RZ, ist ein vollumfänglicher Überblick über die bestehende IT-Landschaft erforderlich. Aber: Was lässt sich nun aus der Ist-Datenerfassung und Analyse der vorhanden IT-Infrastruktur für das neue Rechenzentrum ableiten?

Dem IT-Sizing zur Planung eines neuen Rechenzentrums reicht üblicherweise eine relativ grobe Bestimmung des IT-Leistungsbedarfs. Je näher jedoch Planung und Umzugsvorbereitung an den Besiedelungstermin rücken, desto konkreter müssen die Anforderungen beschrieben werden. Daher die Empfehlung, von Anfang an mit der Ist-Datenerfassung zu beginnen und diese im Projektverlauf entsprechend den Anforderungen aufzubauen.

Je detaillierter die Analyse schon zu Beginn ist, umso genauer kann eine Strategie und ein erstes Konzept für den Umzug in das neue Rechenzentrum entwickelt werden. Es gibt zahlreiche Management- und Analyse-Tools, die dabei unterstützen können. Hier lohnt sich ein Blick auf die im Einsatz befindlichen Tools.

Rchenzentren sind kein Selbstzweck

Unter Umständen besteht die Möglichkeit, diese durch entsprechende Module zu erweitert. Zur Ist-Datenerfassung im Bestandsrechenzentrum gehören in jedem Fall die Ermittlung der laufenden IT-Applikationen, eine Zuordnung der IT-Applikationen zur IT-Hardware, eine Auslastung der IT-Hardware und die Verbrauchszahlen, die von der Datacenter-Infrastruktur geliefert werden sollten.

Bezogen auf die Soft- und Hardware lassen sich durch die IST-Analyse der bestehenden IT-Landschaft üblicherweise Systeme identifizieren, die nicht mehr benötigt werden, die nicht in ihrem optimalen Nennlastbereich betrieben werden oder die kurz vor einem Generationswechsel stehen und somit einer Veränderung beim Umzug unterliegen. Zusätzlich könnte es Systeme geben, die erst kürzlich in Betrieb genommen wurden und dementsprechend, je nach Migrationsstrategie, für einen physischen Umzug vorgesehen werden könnten. Darüber hinaus könnten Projekte für die Implementierung neuer Applikationen anstehen oder Systemerweiterungen für die gegebenenfalls zusätzliche Systemressourcen benötigt werden.

Die so ermittelten Daten bilden, in Kombination mit Strategie und Migrationsansatz eine solide Basis zum IT-Sizing und der weiteren Planung für das Rechenzentrum und in Abhängigkeit der Strategien liefern die aktuellen Verbrauchszahlen sehr gute Möglichkeiten zur Plausibilitätsprüfung, wenn der aktuelle Verbrauch im bestehenden Rechenzentrum mit dem kalkulierten für das neue verglichen wird.

Datacenter-Berater Peter auf dem Graben hat für DataCenter-Insider einen Dreiteiler über das Sizing von Rechenzentren verfasst.
Datacenter-Berater Peter auf dem Graben hat für DataCenter-Insider einen Dreiteiler über das Sizing von Rechenzentren verfasst.
(Bild: DC-CE RZ-Beratung GmbH & Co.KG )

Wie wichtig eine zielgerichtete Strategie ist, welche Möglichkeiten es zur Effizienzsteigerung im Rechenzentrum gibt und wie der Umgang mit unbekannten Faktoren in der Planungsphase aussehen kann, beschreibt der zweite Teil des Fachartikels, der in Kürze erscheint.

* Peter auf dem Graben ist Senior Datacenter Consultant bei der DC-CE RZ-Beratung GmbH & Co.KG.

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