Verteilte IT-Infrastruktur Kleine Umgebungen hohe Anforderungen – Edge Computing

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VON ZUR MÜHLEN'SCHE GmbH

In Filialen, Logistikzentren und weiteren dezentralen Standorten hängt der Betrieb von zuverlässiger IT-Infrastruktur ab. Was es hierbei zu beachten gilt.

Die rasante Entwicklung der Datenverarbeitung verändert grundlegend, wie IT-Infrastrukturen konzipiert, bereitgestellt und betrieben werden. Cloud Computing und Hyperscale-Rechenzentren spielen zwar weiterhin eine zentrale Rolle. Aber der Bedarf an Echtzeitverarbeitung steigt, geringeren Latenzen und Datensouveränität treiben die Rechenleistung zunehmend näher an den Ort der Datenerzeugung. Dieser Wandel hat Edge Computing von einem Nischenkonzept der Architektur zu einer branchenübergreifend kritischen operativen Anforderung gemacht.

Power the Future

Für jedes Rechenzentrum die passende Untenbrechungsfreie Stromversorgung

Edge Umgebungen, von Einzelhandelsfilialen und Bankniederlassungen über Logistikzentren bis hin zu Smart City Installationen, sind heute ein wesentlicher Bestandteil der Geschäftskontinuität. In diesen verteilten Standorten muss die IT-Infrastruktur trotz physischer und betrieblicher Einschränkungen deterministische Performance, hohe Verfügbarkeit und einen sicheren Betrieb gewährleisten. Die Auslegung für diese Bedingungen erfordert einen grundlegend anderen Ansatz als klassische Rechenzentrumsumgebungen.

Der operative Imperativ des Edge

Edge Computing wird häufig mit Zukunftstechnologien wie Künstlicher Intelligenz (KI), IoT und 5G in Verbindung gebracht. Doch die unmittelbarste Wirkung ist operativer und nicht experimenteller Natur. In Umgebungen wie Supermärkten oder Finanzfilialen steht die Verfügbarkeit in direktem Zusammenhang mit Umsatz und Kundenerlebnis. Zahlungssysteme, Warenwirtschaftsplattformen und Transaktionsverarbeitung müssen unterbrechungsfrei funktionieren.

Im Gegensatz zu zentralisierten Rechenzentren sind Edge Deployments in der Regel in Einrichtungen integriert, die ursprünglich nicht für IT Infrastruktur ausgelegt wurden. Diese Standorte verfügen oft über begrenzten Platz, eingeschränkte Stromkapazitäten und wenig oder keiner technischen Expertise vor Ort. Entsprechend muss die Infrastruktur von Grund auf resilient, vereinfacht und remote verwaltbar sein.

Latenz- und Bandbreitenanforderungen sind Treiber dieser Entwicklung. Die lokale Verarbeitung von Daten reduziert die Notwendigkeit, große Datenmengen an zentrale Systeme zu übertragen, und ermöglicht schnellere Entscheidungsfindung sowie eine verbesserte Applikationsreaktionsfähigkeit. Außerdem verlangen regulatorische Rahmenwerke wie die DSGVO zunehmend, Daten näher an ihrer Quelle zu verarbeiten, was den Bedarf an verteilten Architekturen weiter verstärkt.

Ein typisches Edge Deployment ist kompakt und besteht häufig aus zwei bis drei Racks, in denen Compute-, Storage- und Netzwerktechnik und auch unterstützende Infrastruktur untergebracht sind. Trotz des geringen Platzbedarfs sind die Erwartungen hoch: Die Systeme müssen Zuverlässigkeit, Sicherheit und Performance auf Enterprise Niveau bieten und gleichzeitig mit minimalem Wartungsaufwand betrieben werden.

Diese Deployments müssen Variabilität abbilden. Während einige Standorte mit, vergleichsweise niedrigen Leistungsanforderungen auskommen, benötigen andere (insbesondere solche mit KI Workloads) deutlich höhere Leistungsdichten. Diese Heterogenität erfordert flexible, zugleich jedoch standardisierte Infrastrukturmodelle, die skalieren können, ohne zusätzliche Komplexität zu erzeugen.

Im Interview mit Bechtle über KI-Infrastruktur:

Bechtle-CTO – Für KI braucht es nicht immer ein neues Rechenzentrum

Von besonderer Bedeutung ist dabei die physische Infrastruktur. Racks, Stromversorgung, Verkabelung und Luftstrommanagement machen in der Regel rund 20 Prozent der Gesamtkosten eines Deployments aus, haben jedoch einen überproportional großen Einfluss auf Zuverlässigkeit und Effizienz. Diese Elemente als integriertes Gesamtsystem und nicht als isolierte Komponenten zu betrachten, ist entscheidend für eine langfristig stabile Performance.

Stromversorgung sichert die Resilienz...

Die Stromversorgung stellt eine der kritischsten Einschränkungen in Edge Umgebungen dar. Im Gegensatz zu großen Rechenzentren mit redundanten Netzeinspeisungen und Notstromaggregaten sind Edge Standorte häufig auf begrenzte elektrische Kapazitäten angewiesen. Die Sicherstellung der Betriebskontinuität unter diesen Bedingungen erfordert sorgfältig ausgelegte Stromarchitekturen.

Typische Installationen nutzen unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) im Bereich von 6 bis 15 Kilovoltampere (kVA), die eine kurzfristige Überbrückungszeit bieten. Es gibt bereits Installationen mit einer Überbrückungszeit von mehr als 10 Minuten an, ohne zusätzlicher, externer Batterien. Dadurch kann der Kunde auch im Falle eines Ausfalls den Betrieb sichern beziehungsweise einen kontrollierten Shutdown bei Stromunterbrechungen oder längeren Stromausfällen durchführen.

In Sachen Batterietechnologien sind VRLA Batterien aus Kostengründen weiterhin verbreitet, während Lithium Ionen Lösungen Vorteile hinsichtlich Lebensdauer und Total Cost of Ownership bieten.

Auf Rack Ebene reichen die Leistungsanforderungen je nach Anwendung von etwa 3 Kilowatt (kW) bis 15 kW oder mehr. Mit zunehmender Rechenintensität der Workloads, insbesondere durch KI, ist davon auszugehen, dass diese Werte deutlich steigen werden.

Transparenz beim Energieverbrauch ist von großer Bedeutung. Power Distribution Units (PDUs) ermöglichen eine Echtzeitüberwachung auf Steckdosenebene, als auch die Schaltbarkeit auf Outletebene. Betreiber können Lasten ausbalancieren, Kapazitäten optimieren und Anomalien frühzeitig erkennen, bevor sie zu Ausfällen führen.

Die Schaltbarkeit erlaubt das gezielte, ferngesteuerte Ein- und Ausschalten einzelner Steckdosen (Outlets) über ein Netzwerk. Dies spart Zeit und Kosten, IT Mitarbeiter müssen nicht vor Ort im Rechenzentrum sein müssen, um Geräte zu steuern.

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...und die richtige Verkabelung für höhere Bandbreiten

Die Konnektivitätsinfrastruktur von Edge Deployments muss aktuelle Performanceanforderungen mit zukünftiger Skalierbarkeit in Einklang bringen. Viele heutige Deployments arbeiten mit Übertragungsraten zwischen 10G und 50G, doch wachsende Datenvolumina und steigende Applikationskomplexität werden den Bedarf an höherer Bandbreite weiter erhöhen.

Strukturierte Verkabelungssysteme spielen eine Schlüsselrolle bei der Realisierung dieser Skalierbarkeit. Durch die Standardisierung der Konnektivität über mehrere Standorte hinweg lassen sich Implementierungsunterschiede reduzieren, Wartung vereinfachen und die Effizienz bei der Fehlerbehebung steigern.

Edge Umgebungen kombinieren in der Regel Glasfaser- und Kupferverkabelung, um sowohl hochperformante Datenübertragung als auch eine flexible Geräteanbindung zu unterstützen. Ebenso wichtig sind Trassen- und Kabelführungssysteme, die Ordnung gewährleisten und eine konsistente Performance sicherstellen.

Die geforderten Eigenschaften einer Kabeltrasse sind neben einfacher modularer Installation eine sichere und übersichtliche Kabelverlegung.

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Wie lassen sich kleine Edge Umgebungen kühlen?

Kühlung wird bei Edge Deployments häufig unterschätzt, gewinnt jedoch mit steigenden Leistungsdichten zunehmend an Bedeutung. In begrenzten Räumen kann ineffiziente Luftführung schnell zu thermischen Hotspots führen, was die Performance beeinträchtigt und die Lebensdauer der Komponenten verkürzt.

Viele Netzwerkgeräte nutzen seitliche Luftstromkonzepte, die Rezirkulationseffekte verstärken können, wenn sie nicht gezielt gesteuert werden. Ohne wirksame Luftstromkontrolle kann heiße Abluft wieder in die Geräte eingesaugt werden, was die Innentemperaturen und den Energieverbrauch erhöht.

Strategien für das thermische Management umfassen den Einsatz von Luftführungen, Einhausungssystemen und optimierten Rack Designs. Zubehör wie Luftkanäle kann die Kühleffizienz deutlich steigern, indem Luftströme gezielt geführt und warme sowie kalte Luftzonen voneinander getrennt werden.

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Sicherheit in verteilten Umgebungen

Sicherheit ist am Edge aufgrund der verteilten Struktur und der Exposition gegenüber weniger kontrollierten Umgebungen besonders anspruchsvoll. Sowohl physische Sicherheitsmaßnahmen als auch Cybersecurity müssen integraler Bestandteil des Infrastrukturdesigns sein.

Physische Sicherheit umfasst kontrollierte Zugangssysteme wie Schlösser, Zugangskarten oder PIN Lösungen, die sicherstellen, dass nur autorisiertes Personal Zugriff auf die Systeme erhält. Umweltmonitoring, – etwa zur Überwachung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Zugriffsereignissen, – bietet zusätzliche Schutzebenen.

Die Einhaltung von Cybersecurity Standards wie IEC 62443 oder UL 2900 gewinnt insbesondere in regulierten Branchen an Bedeutung. Netzwerkschutzmaßnahmen, darunter Authentifizierungsmechanismen und Segmentierung, reduzieren das Risiko weiter.

Angesichts des Umfangs von Edge Deployments müssen Sicherheitslösungen zudem eine zentrale Verwaltung und Überwachung unterstützen, um standortübergreifend einheitliche Standards sicherzustellen.

Eine der effektivsten Strategien für den Betrieb von Edge Infrastrukturen in großem Maßstab ist die Standardisierung. Unternehmen mit Hunderten oder Tausenden von Standorten profitieren erheblich von konsistenten Architekturen über alle Locations hinweg.

Standardisierte Designs umfassen in der Regel vordefinierte Rack Konfigurationen, Stromversorgungskonzepte, Konnektivitätslayouts und Kühlstrategien. Dieser Ansatz ermöglicht schnellere Rollouts, vereinfacht den Betrieb und reduziert die Fehleranfälligkeit.

Globale Standardisierung bietet zudem wirtschaftliche Vorteile. Der Einsatz einheitlicher Komponenten über viele Standorte hinweg erhöht die Einkaufsvolumina, verbessert Konditionen und vereinfacht das Supply-Chain-Management. Entscheidend ist dabei, dass Standardisierung Flexibilität nicht ausschließt, sondern einen modularen Rahmen schafft, der an standortspezifische Anforderungen angepasst werden kann, ohne die Gesamtkonsistenz zu gefährden.

Rechenzentren

Warum Beschaffung zum kritischen Erfolgsfaktor wird

Edge Infrastruktur muss über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg betrachtet werden. Die Bereitstellung ist nur der erste Schritt: kontinuierliches Monitoring, Wartung und Support sind entscheidend für eine langfristige Zuverlässigkeit. Zentrale Lifecycle Aspekte sind Standortbewertung und Planung, Installation und Inbetriebnahme, präventive Wartung sowie Remote Monitoring und Management.

Gerade in verteilten Umgebungen sind Remote Funktionen wichtig. Die Infrastruktur muss sich in Monitoring Systeme integrieren lassen und Transparenz über Performance, Energieverbrauch und Umgebungsbedingungen bieten.

Dies reduziert den Bedarf an Vor-Ort-Einsätzen von IT-Teams und ermöglicht es Unternehmen, Probleme proaktiv zu adressieren, bevor sie den Betrieb beeinträchtigen.

Der Einfluss von KI und zukünftige Anforderungen

Die zunehmende Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI) am Edge wird die Anforderungen an die Infrastruktur erheblich verändern. KI Workloads erfordern höhere Rechenleistung, größere Bandbreiten und einen steigenden Energiebedarf.

Dieser Wandel führt zu:

• höheren Leistungsdichten pro Rack;

• erhöhtem Kühlbedarf;

• größeren USV Kapazitäten;

• insgesamt steigendem Energieverbrauch.

Was heute noch ein überschaubares Edge Deployment ist, kann sich zu einem hochdichten Micro Rechenzentrum entwickeln. Die Infrastruktur muss daher von Beginn an skalierbar ausgelegt sein, um zukünftige Anforderungen ohne grundlegende Neugestaltung abbilden zu können.

Edge Computing wird häufig über die Anwendungen definiert, die es ermöglicht. Sein Erfolg hängt jedoch letztlich von der zugrunde liegenden Infrastruktur ab. In verteilten Umgebungen, in denen die Rahmenbedingungen weniger kontrolliert sind und die Anforderungen kompromisslos bleiben, wird die physische Ebene zum entscheidenden Enabler für Performance und Zuverlässigkeit.

Erfolgreiche Edge Deployments erfordern einen integrierten Ansatz, der Stromversorgung, Konnektivität, Kühlung und Sicherheit zu einem kohärenten Gesamtsystem verbindet. Standardisierung, Skalierbarkeit und ein konsequentes Lifecycle Management sind dabei entscheidend, um über zahlreiche Standorte hinweg Konsistenz zu gewährleisten.

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