Hier läuft die digitale Welt Was ist ein Rechenzentrum, ein Datacenter?

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Durch den Feed scrollen? Ein Video streamen? Die KI fragen? Im Hintergrund rechnet regulär ein Datacenter. Rechenzentren befeuern die digitale Welt physisch mit Servern, Speichern und Netzwerken. Diese Infrastruktur braucht aufwendige Planung, Versorgung, Kühlung und Sicherheit – und muss dabei rapide nachhaltiger werden.

Ein Datacenter (DC) beziehungsweise Rechenzentrum (RZ) bildet das Herzstück der modernen IT-Infrastruktur. Das Rechenzentrum stellt Server, Speicher und Netzwerktechnik bereit, um stetig wachsende Datenmengen der digitalen Welt zu verarbeiten, zu speichern, zu verwalten und über interne und externe Netzwerke wieder auf den Weg zu bringen. Datacenter dienen somit als zentrale Plattform für Cloud-Dienste, Unternehmensanwendungen und digitale Kommunikation.

Dabei kann der Begriff zwei Bedeutungen haben. Es geht bei „Rechenzentrum“ oft um den physischen Ort: um ein Gebäude, einen Rechnerraum oder auch nur einen Server-Schrank mit der speziellen Infrastruktur für den IT-Betrieb. Zudem kann sich „Rechenzentrum“ aber auch auf die Summe dieses IT-Equipments beziehen, das Daten verarbeitet, speichert und transportiert.

Auch in Deutschland wächst der Rechenzentrumsmarkt rasant. Laut dem Bitkom-Verband ist das Wachstum der Datacenter-Branche in Deutschland „ungebrochen“. Alleine im Zeitraum von 2022 bis 2024 sei ihre Gesamtkapazität um 16 Prozent auf nunmehr 2.730 Megawatt (MW) gestiegen. Hauptgrund sei der Ausbau von Cloud-Kapazitäten. Zunehmend setzt sich auch die Künstliche Intelligenz (KI) als entscheidender Wachstumstreiber durch.

Inhouse- und Co-Location-Datacenter

Abhängig von den angebotenen Diensten und davon, ob der IT-Dienstleister unternehmensintern oder –extern arbeitet, werden mehrere Datacenter-Typen unterschieden. Grundsätzlich bezeichnet man externe Rechenzentren, deren Betreiber Services für Kunden bereitstellen, als Dienstleistungsrechenzentren oder Service-Rechenzentren.

D-Datacenter - Status Quo, Zukunft, Selbstkritik und Handlungsbedarf

Das BMWK-Gutachten zu Rechenzentren in Deutschland

Lange dominierten unternehmenseigene Rechenzentren, die man auch Inhouse-Datacenter nennt, die Branche. Studien haben allerdings konsistent gezeigt, dass Inhouse-Rechenzentren teuer und aufwändig im Betrieb sind und dabei oftmals nicht auf dem neuesten Stand gehalten werden. Aktuell /Frühjahr 2025) allerdings steigt die Anzahl der Anwendungen wieder, die in hauseigenen Rechenzentren verortet werden. Schuld sind Bestrebungen, sich unabhängig von den jeweiligen Cloud-Anbietern zu machen, von deren Preisgestaltung und Policies. Ein starkes Argument für das so genannte Repatriation ist die die (Daten-)Souveränität.

Durch mehr Netzwerkbandbreite wurde es etwa ab den 1990er Jahren möglich, die gesamte IT-Leistung an einen Dienstleister auszulagern, der diese dann in einem Managed-Service-Rechenzentrum für den jeweiligen Kunden auf dedizierten, nur für den Kunden bestimmten Systemen betrieb und wartete. Das kam allerdings wegen Kosten und Komplexität anfangs nur für große Unternehmen in Frage.

Zunehmend haben sich so Co-Location-Dienste etabliert: Datacenter-Betreiber bieten Unternehmen für das IT-Equipment konzipierte und ausgerüstete Räume im eigenen Rechenzentrum, in denen Kunden ihre eigene Hardware aufstellen und betreiben.

Colocation 4.0

Die Unternehmens-IT will sich für die Zeit nach der Pandemie breiter aufstellen – zur Abwechslung diesmal auf der regionalen Landkarte. Der „Initialzünder“ der Turbo-Digitalisierung hat eine Dezentralisierung von Arbeitslasten angestoßen.

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Damit übernehmen Betreiber die Anfangsinvestitionen in die Datacenter-Infrastruktur sowie den laufenden technischen und personellen Aufwand für deren Wartung, die Sicherung von Ausfallsicherheit und Compliance. Co-Location-Zentren befinden sich oft in direkter Nähe zu Internet-Knoten und Carrier-Netzwerken. Auf eine Großzahl von Kunden ausgelegt, können sie zudem eine leistungsfähige Stromversorgung und Hochgeschwindigkeitsanbindungen garantieren, die Inhouse-Implementierungen oft nicht leisten können.

Der Triumphzug der Virtualisierung

Seit einigen Jahren sind mit neuen technischen Fortschritten, insbesondere der Virtualisierung, neue IT-Architekturen möglich geworden. Virtualisierung teilt über eine Abstraktionsschicht eine IT-Ressource, etwa einen Server, unabhängig von der Server-Hardware per Software in mehrere logisch getrennte Bereiche.

Das sind so genannte virtuelle Maschinen (VM) oder Container. Diese lassen sich von verschiedenen Anwendern oder Applikationen nutzen und per Softwarebefehl von einem physischen Server auf einen anderen verlagern.

Migrationswege zu „Azure Local“und Open-Source-Plattformen

Alternativen zu VMware im Rechenzentrum

Mit der Virtualisierung einher ging der weitgehende Abschied von proprietären Prozessoren zugunsten einer Standardisierung auf „Intel x86“ und kompatible Hardware. Zugleich wurden immer mehr Anwendungen multi-mandantenfähig, so dass mehrere Kunden gleichzeitig ohne Datenvermischung bedient werden können.

Von Virtualisierung zum Cloud-Rechenzentrum

Sind alle Infrastrukturelemente innerhalb des Rechenzentrums virtualisiert und integriert und stellen sie ihren Nutzern IT-Dienste über nutzerseitige Web-Schnittstellen bereit, was bis zur Selbstbedienung durch die Endanwender gehen kann, spricht man von Cloud-Rechenzentren.

Als software-definiertes 'Datenzentrum', (Software Defined Data Center, SDDC) bezeichnet man ein Rechenzentrum, dessen Abläufe vollständig durch Software definiert und automatisiert sind. Das erlaubt, Änderungen auf den Bedarf der jeweiligen Anwendung bezogen über alle Infrastrukturebenen hinweg zentral mit nur wenigen Befehlen veranlassen zu können. Derzeit geht das in einen steigenden Automatisierungsgrad über und funktioniert über entsprechend definierte Regeln.

Cloud-Datacenter sind in der Regel ganz oder vorwiegend softwaredefiniert. Die zunehmende Integration der Hardware und die Automatisierung durch Software ermöglichen einen ereignisgesteuerten Rechenzentrumsbetrieb, bei dem regulär für IT-Services benötigte Microservices, etwa Messaging-Dienste, gezielt aufgerufen und wieder abgestellt werden.

As-a-Service: die Infrastruktur für Private, Hybrid und Public Clouds

Wird ein Cloud-Rechenzentrum vom Unternehmen selbst betrieben, spricht man von einer Private Cloud. Gehört es einem Dienstleister, der aber die Leistungen auf einer komplett virtualisierten Cloud-Infrastruktur erbringt, die nur diesem einen Kunden zur Verfügung steht, spricht man von einem Managed-Private-Cloud-Rechenzentrum. Daneben haben sich auch zahlreiche Dienstleistungsangebote durchgesetzt, bei denen zumindest die Hardware, oft aber auch mehr Funktionalitäten, vom Datacenter-Betreiber für verschiedene Kunden gleichzeitig bereitgestellt werden:

• Werden IT-Dienste von einer durch mehrere Kunden gemeinsam genutzten Infrastruktur bereitgestellt, spricht man von einem Public-Cloud-Rechenzentrum oder einfach von der Public Cloud.

• Wenn ein Cloud-Anbieter tausende Server hochautomatisiert und standardisiert in zentralisierten Datacenter zusammenschließt, spricht man von Hyperscale-Rechenzentren.

• Stellt der Betreiber einer Public Cloud lediglich die hardwareseitige Infrastruktur für den Betrieb von IT-Applikationen bereit, nennt man das ein IaaS-Rechenzentrum (IaaS = Infrastructure as a Service).

• Beim PaaS-Rechenzentrum (PaaS = Platform as a Service) umfasst der Lieferumfang neben IT-Hardware Betriebssystem und gegebenenfalls Middleware. Beim SaaS-Rechenzentrum (Software as a Service) werden komplette Softwaredienste angeboten.

Bei den Dienstleistungsangeboten erfolgt die Abrechnung je nach beanspruchter Kapazität. Es gibt auch zahlreiche Rechenzentren, von denen aus alle drei Servicetypen nach Kundenwunsch internen oder externen Kunden angeboten werden.

Mischt ein Unternehmen in seiner IT-Infrastruktur Elemente von Public und Private Cloud, bezeichnet man dies als Hybrid Cloud. Die Hybrid Cloud ist bereits und wird es für die kommenden Jahre sein: das dominierende IT-Betriebsmodell für Unternehmen. Ihr vorgeschaltet ist häufig eine Datacenter-Konsolidierung, bei der mehrere Rechenzentren zu einem (möglicherweise verteilten) Rechenzentrum zusammengelegt werden.

Cloud-Service-Anbieter und Berater tun das ihrige

Hybrid Cloud setzt sich als Standard für IT-Betriebsmodelle durch

HPC-Datacenter: Rechenzentren für Höchstleistungen

Handelt es sich um ein Rechenzentrum, in dem tausende Rechenknoten mit hoch leistungsfähigen und hochskalierbaren Vernetzungsressourcen (etwa über die Hardwareschnittstelle, etwa Infiniband) und Speicherknoten installiert sind, um mit ihrer Hilfe besonders anspruchsvolle Aufgaben zu lösen, handelt es sich um ein Hoch- oder Höchstleistungsrechenzentrum oder HPC-Rechenzentrum.

Umrüstung auf Wasserkühlung

HPC-Nachrüstung in kleinen Schritten

Leistungsfähige Hardware-Komponenten für diese werden dabei zunehmend standartisiert und damit kostengünstiger. So entstehen zur Zeit immer mehr HPC-Rechenzentren in Forschung, und Industrieunternehmen, beispielsweise der Automobil- oder Luft- und Raumfahrtindustrie.

KI-Rechenzentren

Grundlage der rasanten Entwicklung generativer Künstlicher Intelligenz (GenAI) sind große Sprachmodelle (Large Language Models, LLMs), welche mit riesigen Datenmengen trainiert werden. Für dieses Training, aber auch für die spätere Anwendung trainierter Modelle auf neue Daten (Inferenz), eignen sich auf parallele Datenverarbeitung ausgelegte Grafikprozessoren (GPUs) und spezialisierte KI-Beschleuniger wesentlich besser als konventionelle Serverprozessoren (CPUs). Im Vergleich fordern GPUs aber bis zu zehnmal mehr Energie und erfordern eine effizientere Wärmeabfuhr, bei deutlich erhöhten Anforderungen an Netzwerkkapazität und -Latenz.

Technologie führt zu zahlreichen Herausforderungen

Wie generative KI die Grenzen der Rechenzentrumsinfrastruktur aufzeigt

Rechenzentren mit dutzenden bis zehntausenden verknüpften GPUs (auch GPU-Farmen genannt) bilden so die Grundlage von lernender KI wie die Large LAnguage Models „ChatGPT“, „Claude“ und „Codex“, führen aber auch dazu, dass Datacenter bereits über ein Prozent des weltweiten Stroms verbrauchen – Tendenz steigend.

Um dem gesteigerten Energiebedarf bei der Ausführung von KI-Workloads gerecht zu werden, setzt sich Flüssigkeitskühlung in KI-Rechenzentren immer stärker anstelle von und in Kombination mit Luftkühlung durch. Der jüngste Chip (Frühjahr 2025) des führenden GPU-Herstellers Nvidia „GB300“ ist sogar ausschließlich auf Flüssigkeitskühlung ausgelegt.

Podcast-Diskussion mit drei Perspektiven auf Optimierung, PUE und KI-Hunger

Energie-Effizenz - „super möglich“ oder „eine hehre Aufgabe“?

Neue wie bestehende Datacenter werden angesichts der steigenden Nachfrage oft auf KI-Kapazitäten neu ausgerichtet. Die Strombedarfe und die aufwändigere Flüssigkeitskühlung – verbunden mit gesetzlichen Anforderungen an Energie-Effizienz – können dabei insbesondere für Bestandsrechenzentren zu einer Herausforderung werden.

Verteilte und mobile Datacenter

Befinden sich Teile eines funktional einheitlichen Rechenzentrums an unterschiedlichen Orten, spricht man von verteiltem Rechenzentrum oder Distributed Datacenter. Die Räume können sich innerhalb eines größeren, multifunktionalen Gebäudes, in getrennten Abschnitten in einem insgesamt als Datacenter genutzten Gebäude oder in unterschiedlichen Gebäuden an verschiedenen Orten befinden.

Befindet sich das gesamte Rechenzentrums-Equipment in einem mobilen Container, der meist voll ausgestattet geliefert wird, geht es um ein Container-Rechenzentrum.

Edge-Rechenzentren

Die Verbreitung von IoT-Geräten (Internet of Things), die Verfügbarkeit schneller 5G-Netze und eine sich anbahnende Fokusverschiebung bei der KI-Entwicklung von dem zentralisierten Training von KI-Modellen zu einer verteilten Optimierung auf nutzerspezifische Daten (Inferenz) erhöhen die Nachfrage nach Rechenkraft, die besonders nahe an den Endnutzern platziert ist und bei geringen Latenzen Daten in Echtzeit verarbeiten kann. Typische Einsatzszenarien sind Smart Cities, Industrie 4.0 oder Anwendungen im autonomen Fahren

In Reaktion auf diese Anforderungen entstehen neben zentralisierten Rechenzentren an den großen Netzknotenpunkten zunehmend und ergänzend kleinere Rechenzentren am Rand (Edge) des Netzes, nah an den Anwendern. Zeitkritische Daten werden hier direkt verarbeitet, während weniger latenzlastige Berechnungen weiterhin in einem zentralen Datacenter ausgeführt und gespeichert werden.

AI jenseits der hyperscale und hyperteuer Angebote

Edge-Rechenzentren erschließen die Zukunft Künstlicher Intelligenz

Edge-Datacenter sind zur besseren Skalierbarkeit oft modular aufgebaut und mit anderen Edge-Rechenzentren vernetzt. Sie können aus einem einzigen Server-Schrank bestehen oder mit einem oder mehreren Megawatt Kapazität sich nur durch die Lage von einem zentralisierten Rechenzentrum unterscheiden. Edge-Datacenter zeichnen sich wegen ihrer geringeren Größe und unkonventionellen Lage oft durch erhöhte Anforderungen an Automatisierung und Sicherheit aus.

Für den Notfall: Disaster-Recovery-Datacenter

Spiegelt ein zweites Rechenzentrum die Ressourcen des primären IT-Zentrums synchron oder asynchron, spricht man vom Notfall-Rechenzentrum, Ersatz-Rechenzentrum, Disaster-Recovery-Rechenzentrum oder DR-Location (DR = Disaster Recovery).

Dabei spielt die geografische Distanz heute bei asynchroner Spiegelung keine Rolle mehr. Bei synchroner Spiegelung sollten Distanzen zum DR-Rechenzentrum von etwa 200 Kilometern nicht überschritten werden (hierzulande kaum möglich, siehe auch Beitrag zur Georedundanz), weil sonst die Latenz durch die nötige Übertragungsdauer zu groß wird. Auch Public-Cloud-Rechenzentren eignen sich als DR-Lokation.

Das IT-Equipment im Rechenzentrum

Das IT-Equipment im Rechenzentrum besteht in der Regel aus Servern, Netzwerk-, und Speicherkomponenten sowie speziellen digitalen Appliances, beispielsweise Firewalls, Loadbalancern oder Optimierungssystemen für das Wide Area Network (WAN). Je nach dem gewünschten Grad der Verfügbarkeit (siehe: Kompendium Mein Rechenzentrum - hochverfügbar und sicher) sind die Komponenten mehrfach, also redundant, vorhanden.

IT-Schränke, in der Regel in 19-Zoll-Technik, fassen die meisten der IT-Komponenten. Zu diesen Racks können Elemente wie Stromverteilschienen, Sensoren oder andere Bestandteile der Kühl-, Klima- und Sicherheitstechnik gehören.

Heutige Server basieren meist auf der Intel-x86-Technologie. Parallel setzen sich effiziente, ursprünglich für mobile Geräte entwickelte ARM-Architekturen stärker durch.

Bei dichten Installationen können Server auch auf Blade-Chassis montiert werden. Diese zentralisieren für alle Server im Chassis Funktionen wie die Stromversorgung. Zudem können Server in konvergenten und hyperkonvergenten Systemen integriert werden.

Konvergente Infrastrukturen kombinieren Server, Speicher, Netzwerk, Schnittstellen und Managementsoftware in einem vorkonfigurierten Gesamtpaket. Hyperkonvergente Systeme ähneln konvergenten Systemen, sind aber über Software noch enger integriert und häufig nahezu unbegrenzt skalierbar.

Bildergalerien zu Rechenzentren

Das Rechenzentrum in Feuer und Eis

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Besuch im Atmann-Datacenter, Warschau

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Ein Container-Datacenter geht auf Reisen

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Dazu kommen Netzwerkkomponenten wie Switches oder Router, die die Daten Chassis-intern und darüber hinaus zu und von den Servern transportieren, in der Regel in Ethernet-Technologie. Häufig ist ein separates Speichernetz auf Basis von Fibre Channel (FC) vorhanden. In modernen Rechenzentren sind Datenleitungen mit Übertragungsraten von 100, 200 oder sogar 800 Gigabit pro Sekunde keine Seltenheit mehr.

Besonders KI-Anwendungen, Cloud-Diensten oder Virtualisierungen sorgen für einen stetig zunehmenden Datenverkehr. Switches gewährleisten dabei, dass es auch bei hoher Auslastung zu keinen Engpässen kommt.

Energie-effizientes Ethernet

Was ist Green Ethernet und wie funktioniert es?

Innerhalb der Serverschränke kommen in der Regel Kupferkabel, zum Beispiel: Twinax DAC oder RJ45) für kurze Strecken zum Einsatz. Auf den höheren Vernetzungsebenen – etwa zwischen Leaf- und Spine-Switches – dominieren hingegen Glasfaserverbindungen, die heute typischerweise Datenraten von 100 bis 400 Gigabit pro Sekunde und mehr ermöglichen.So genannte optische Transceiver (üblicherweise in den Formaten QSFP-DD und OSFP) ermöglichen zudem Übertragungsraten von 400 Gigabit pro Sekunde und mehr, indem sie elektrische Signale in Lichtsignale umwandeln.

Verschnaufen ist verschoben

1,6T und mehr - die Rechenzentren im KI-Zeitalter

Zu den schnellsten Speichersystemen gehören direkt über PCIe 5.0/6.0 (PCI Exprsess 7.0 ist bereits entwickelt) angebundene NVMe-SSDs (Solid State Disk), CXL-Speichermodule (Compute Express Link) und NVMe-oF (NVMe over Fabrics) Storage-Netzwerke, die Flash-Speicher über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke bereitstellen.

Innovative Speichertechnologien gegen Kapazitätenhunger

Datenspeicher stützt die KI-Revolution

Daneben bleiben herkömmliche Festplatten und SSDs weiterhin für Datenspeicherung und Backups populär – oft in großen Speicher-Arrays, die über Netzwerke wie Fibre Channel oder Ethernet mit den Servern verbunden sind. Auch Tape- oder optische Speichersysteme sind für Archivierungszwecke weiterhin in Einsatz, insbesondere in regulierten Branchen oder für Langzeitaufbewahrung.

Kommentar: So verhält es sich wirklich mit Festplatten und SSDs

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Flash im Fokus der Expertendiskussion

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Die Software im Rechenzentrum - die Steuerzentrale

Erst Software macht aus Hardware und Infrastruktur ein funktionsfähiges Rechenzentrum.

• Betriebssysteme wie Linux-Distributionen (etwa „Ubuntu“, „RHEL“, „SLES“), „Windows Server“ oder seltener Unix-Varianten wie AIX oder Solaris bilden die Grundlage für jede Serverplattform.

• Virtualisierungssoftware wie „VMware vSphere“ oder „Microsoft Hyper-V“ ermöglicht durch Virtualisierungsschichten eine effizientere Nutzung der vorhandenen Hardware.

• Container-Technologien wie von Docker, Kubernetes, Amazon ECS, Azure Container Apps und Google Cloud Container ermöglichen die leichtgewichtige Bereitstellung isolierter Anwendungen, während Orchestrierungsplattformen wie Kubernetes für deren Skalierung, Verwaltung und Rollout sorgen.

• Cloud-Integrations-Stacks wie OpenStack und „VMware vCloud Director“ (zur aktuellen Entwicklung zu VMware by Broadcom siehe etwa: Alternativen zu VMware im Rechenzentrum) ermöglichen den Betrieb einer komplexen und mandantenfähigen Private Cloud.

• Speicher- und Netzwerk-Management-Tools, zunehmend einem Software-defined-Ansatz folgend (beispielsweise „Ceph“ und „VMware vSan“ für Storage, „Cisco ACI“ und „VMware NSX“ für Networking) erlauben eine zentrale Steuerung der Speicher- und Netzwerkinfrastrukturen unabhängig von der spezifischen Hardware.

• Monitoring-Tools wie die Open-Source-Anwendungen „Nagios“, „Zabbix“ und (im Cloud-Kontext) „Prometheus“ überwachen die Auslastung, Leistung und Verfügbarkeit der IT-Systeme. Darüber hinaus ermöglichen zahlreiche kommerzielle Datacenter-Infrastructure-Management-Tools (DCIM) die Überwachung auch der physischen Infrastruktur wie der Stromversorgung, Kühlung und Flächenbelegung und erleichtern eine ganzheitliche sowie energie-optimierte Steuerung des Rechenzentrums.

• Orchestrierungs- und Automatisierungs-Tools erlauben eine zunehmend autonome, immer öfter KI-gestützte Ausführung komplexer Abläufe im Rechenzentrum, etwa beim Einspielen von Patches oder dem Einrichten neuer Server.

• Virenschutz, Firewalls, Intrusion Detection Systeme und Backup-Software sichern die Daten vor Angriffen und Ausfällen.

AiOps im Einsatz für Rechenzentrumsnetze

KI vereinfacht den Netzwerk­betrieb und mini­miert den Support-Aufwand

Die Ressourcen werden in der Regel in großen Rechenzentren von einem Kontrollraum aus über mehrere Monitore überwacht, auf denen die Signale zusammenlaufen. Heute ist aber über WAN-Verbindungen die Remote-Steuerung aus dem Hintergrund sogar mittels Smartphone möglich.

Display Walls im Datacenter

Leitstandstechnik für den Überblick im Rechenzentrum

Energie, Kühlung, Brandschutz: Komponenten der Datacenter-Infrastruktur

Ein Rechenzentrum als Gebäude wird durch seine Infrastruktur ausgemacht, bestehend aus Kühl- und Klima-, Energie-, Brandschutz und Sicherheitstechnik, den IT Schränken und anderen internen Abgrenzungen sowie gegebenenfalls Büro- und Lagerräumen. Den funktionalen Kern des Rechenzentrumsgebäudes bilden die Räume mit dem IT-Equipment.

Wie viel Energie braucht ein Server-Rack?

Datacenter müssen aufwändig gekühlt werden, da die von der Hardware aufgenommene elektrische Energie fast zu 100 Prozent als Wärme wieder ausgegeben wird. Würde man etwa direkt auf einen Prozessor fassen, würde man sich die Finger verbrennen; hier herrschen Temperaturen von 70 bis 80 Grad.

Ein Serverhersteller und ein Co-Location-Anbieter arbeiten an der Wasserkühlung

Wasser- statt Luftkühlung im Rechner: Wie stellen Kunden und Datacenter um?

Brauchte ein durchschnittlicher Server-Schrank in einem Rechenzentrum 2016 noch 5 bis 6 Kilowatt an elektrischer Leistung, lag der Durchschnitt 2024 bereits bei 12 kW per Rack. In Co-Location Rechenzentren mit speziellen Bereichen für Server mit höherer Dichte sind oft Racks mit 30 bis 60 Kilowatt Leistungsaufnahme anzutreffen.

Aktuelle KI-orientierte GPUs ermöglichen eine Rechendichte von bis zu 130 Kilowatt pro Rack, setzen dafür aber ausschließlich auf Flüssigkeitskühlung. Betreiber und Forscher experimentieren auch mit höheren Dichten bis zu 250 Kilowatt per Rack, wobei der thermische Grenzbereich zunehmend zur Design-Herausforderung wird - doch die jüngsten Nvidia-GPUs lassen die Last auf 600 kW in nur einem Serverschrank ansteigen.

Klassische und innovative Kühlungsansätze

Würde die Klimatisierung im Rechenzentrum versagen, Strom aber weiter zugeführt, könnte es keine fünf Minuten dauern, bis entweder der eingebaute Überhitzungsschutz die Hardware abschaltet, die empfindlichen Teile schmelzen oder Feuer fangen. Eine der wichtigsten Aufgaben des Rechenzentrums ist es aber gerade, niemals auszufallen.

Klassische Kühlanlagen in modernen Rechenzentren bestehen meist aus verteilten Sensoren mit passender Übertragungstechnik, mehreren durch Wärmetauscher verbundenen Kühlkreisen, Leitungssystemen für das Kühlmedium – meist Rohre oder Luftkanäle – sowie Geräten wie CRAC-Einheiten (CRAC = Computer Room Air Conditioning Unit), die Temperatur und Luftfeuchtigkeit regulieren. Bei flüssigen Kühlmedien braucht man Pumpen und gegebenenfalls Filter; bei luftgekühlten Datenzentren kommen Ventilatoren und Luftfilter zum Einsatz.

Irgendwas geht immer

Beispiele für pfiffige, effiziente Kühlung im Datacenter

Als flüssiges Kühlmedium oder ergänzend zu Luft bei indirekter freier Kühlung werden mit Glykol versetztes Wasser oder spezielle Kältemittel eingesetzt. Schließlich ist eine zentrale Steuerung der Kühlung und Klimatisierung erforderlich, die in der Regel durch spezialisierte Software erfolgt. Sie wertet die Daten der Sensoren in der Datacenter-Umgebung, den IT-Schränken und gegebenenfalls den einzelnen Komponenten aus, schlägt regelbasiert Steuerungsmaßnahmen vor oder führt sie automatisch durch und erzeugt Alarme.

Nicht alle Kühlungskomponenten müssen sich im Gebäude befinden. Üblich sind etwa auch Kühltürme: adiabatische Kühlanlagen auf dem Dach oder neben dem eigentlichen Rechenzentrum. Möglich sind auch Geothermie oder Kühlung mit Meer- oder Flusswasser.

Heutige Überlegungen drehen sich zunehmend um die Nutzung der Abwärme für Fernwärme oder in angeschlossenen Büro- und Wohngebäuden. Denn das Energieeffizienzgesetz sieht für neugebaute Rechenzentren ab 2026 obligatorisch eine Abgabe von 10 bis 20 Prozent der produzierten Abwärme vor.

Preisverdächtig

Olympia-Schwimmhalle Paris: Geheizt mit Datacenter-Abwärme

Weiter gehören zur Kühl- und Klimatechnik die Einhausungen für Warm- und Kaltgänge einschließlich des Doppelbodens, wo häufig die Kaltluft herangeführt wird.

Ohne Strom rechnet keiner

Zur Energietechnik zählen Stromzuleitungen, eigene Kraftwerke (konventionell oder regenerativ), Umrichter, Sicherungen, Leitungswege, Verteilschienen und redundante Notstromversorgungen – entscheidend für Rechenzentren, die höchste Verfügbarkeit garantieren müssen und Ausfälle nicht tolerieren können. Die Kernkomponente der Notstromversorgung ist eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung oder UPS, Uninterruptable Power Supply), die den Strom für das Rechenzentrum auf der benötigten Spannung und Frequenz hält und gegebenenfalls zwischen Netz und Notstromerzeugung umschaltet.

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Notstrom liefern je nach Auslegung Batterien, (Diesel-)Generatoren oder andere schnell einsatzfähige Stromerzeugungsmechanismen. Wird der Strom mit einem Generator erzeugt, ist auch das Brennstoffreservoir mit seinen Zuleitungen zum Generator ein Teil der Notstromversorgung.

Zur Optimierung der Notstromversorgung und zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen kommen auch zunehmend Generatoren auf Basis von wasserstoffbehandeltem Pflanzenöl (HVO) oder Biomethan anstelle von Diesel, Wasserstoff-Brennstoffzellen und Batteriesysteme mit Echtzeitüberwachung und Einsatz langlebigerer Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz.

Die Öko-Alternative für Rechenzentren von Kohler SDMO

Nachhaltig? Diesel-Aggregate für Notstrom mit HVO

Meistens werden Batterien als Sofortreserve mit einem Generator kombiniert, der die Versorgung für mehrere Stunden oder länger übernehmen kann.

Brandschutz im Rechenzentrum - eine heikle Aufgabe

Die Brandschutztechnik umfasst neben Rauchsensoren auch Brandschutztüren und –wände zur Abtrennung mehrerer Brandschutzsektoren, Feuerlöscher, akustische und optische Feueralarmsysteme zur Alarmierung der internen und externen Notfallkräfte, automatische Schließeinrichtungen, die den brennenden Bereich von der Sauerstoffzufuhr abschneiden, sowie in den IT-Räumen gegebenenfalls Systeme, die den brennenden Bereich mit einem nicht brennbaren Gas, häufig Kohlendioxid, fluten.

Brandbekämpfung mit Gas, mit Wasser?

Brandschutz: die Feuerprobe im Rechenzentrum

Außerdem gehört zum Brandschutz ein Notfallplan, der alle wichtigen Schritte und die für sie Verantwortlichen im Brandfall nennt und der regelmäßig überprüft, geübt und verbessert werden sollte. Auch die Umschaltlogik zur Disaster-Recovery-Lokation oder zum Redundanz- beziehungsweise Ausfallrechenzentrum kann man im weiteren Sinne zum Brandschutz rechnen.

Datacenter-Sicherheit wird mehrfach groß geschrieben

Soll ein Rechenzentrum hochverfügbar sein, während seine Daten vertraulich bleiben, ist ein umfassendes Schutzkonzept nicht weniger als technische Vorkehrungen relevant. Dazu gehören bauliche, technische und organisatorische Elemente.

Zur Sicherheitstechnik gehören im äußeren Bereich des Rechenzentrums Zugangskontrollen wie Zäune, Panzersperren, Schleusen, Schranken, Überwachungskameras, Alarm- und andere technische Einrichtungen, die den Zugang zum Rechenzentrum regeln. Am Gebäude-Eingang befindet sich in der Regel weitere Zugangskontrollsysteme wie Kartenleser, Fingerabdruck- oder Handvenenscanner, Nummernfelder zur Eingabe einer numerischen Schlosskennung oder Ähnliches.

Möglichst uneinnehmbar: Rechenzentren

Zehn Regeln für die physische Sicherheit von Datacenter

Gegebenenfalls ist ersatzweise oder zusätzlich zu solchen Einrichtungen auch eine bemannte Pförtnerloge vorhanden. In diesem Fall werden Besucher und Mitarbeiter beim Betreten und Verlassen des Rechenzentrums erfasst und erhalten einen Besucherausweis.

Alle Räume des Rechenzentrums, auch Büro, Leitstand und Lager, sind üblicherweise Video-überwacht. Dazu gehören Einrichtungen, die die Videobilder in eine Zentrale weiterleiten und bei Alarm gegebenenfalls Ausgangstüren sperren oder die Polizei und die internen Verantwortlichen alarmieren. Weitere Einlassperren, etwa Schleusen mit eingebauter Waage und Personenerkennung mit verschiedenen Scan-Methoden, sorgen dafür, dass nur autorisiertes Personal in den Kern des Rechenzentrums gelangt.

Rechnerschränke sind in der Regel geschlossen und mit komplexen Schließsystemen versehen, die den Zugriff durch Unbefugte unmöglich machen. Die unautorisierte Entnahme von IT-Komponenten kann bei entsprechender Ausrüstung der Schränke Alarm auslösen.

Noch nicht alles in trockenen Tüchern

Auswirkungen der NIS-2-Richtlinie auf Datacenter-Betreiber

Unabdingbar sind organisatorische Maßnahmen wie die Sicherheitsüberprüfung neuer Mitarbeiter und Externer, die regelmäßig das Datacenter betreten, die Definition verbindlicher Verhaltensregeln, ein Sicherheitsplan und seine regelmäßige Überprüfung sowie die regelmäßige Schulung des Personals, um es gegen persönliche Manipulationsversuche, so genanntes Social Engineering, zu immunisieren.

Sogenannte „Cages“ bilden zusätzliche eingezäunte, sicher verschließbare Abgrenzungen innerhalb eines Kollokationsrechenzentrums, die die Ressourcen eines Kunden von anderen Bereichen abtrennen.

Cisco „State of Industrial Networking Report“

OT-Sicherheit muss priorisiert werden

Dazu kommen die durch stetige Cyber-Angriffe und Spionage bedingten Sicherheitsbeeinträchtigungen. Auch Drohnen machen den Rechenzentren zunehmend zu schaffen.

Datacenter-Mitarbeiter: die Führungsebene...

Insgesamt arbeiten in Deutschland je nach Schätzung 220.000 bis 320.00 Menschen für Rechenzentren. Verantwortlich für das Rechenzentrum sind in erster Linie der Rechenzentrumsleiter, der CEO und in letzter Instanz die Unternehmensführung sowie die kaufmännische Leitung, die Investitionen in Sachgüter und Personal genehmigt. Bei der Auswahl von Rechenzentrumspersonal ist auch die Personalabteilung involviert.

In Hybrid-Cloud-Umgebungen sind der CEO oder entsprechende Verantwortliche zudem für die technisch und ökonomisch optimale Beschaffung und Koordination von IT-Leistungen und –Diensten aus unterschiedlichen Cloud-Rechenzentren zuständig. Zudem sollte es einen IT-Sicherheits- und Datenschutzbeauftragten geben; in einigen Unternehmen sind sie nach dem IT-Sicherheitsgesetz beziehungsweise zukünftig nach der EU-Datenschutzgrundverordnung vorgeschrieben.

In der Regel kümmern sich höherrangige Mitarbeiter eines Rechenzentrums jeweils um einen oder mehrere Bereiche, zum Beispiel um Server, Speichersysteme, Netzwerke, Kabelsysteme, Überwachungssysteme und Notstromversorgung oder Software. In größeren Datacenter gibt es dafür jeweils ganze Teams.

...die Projektteams, der Support, die Technik und die Externen

Dazu kommen unter Umständen Projektteams, die sich um spezielle, zeitlich begrenzte Aufgaben kümmern. Immer ist internes oder externes Sicherheits- und Wachpersonal vorhanden.

In Dienstleistungsrechenzentren arbeiten zudem Support-Mitarbeiter, die sich im Schichtdienst auftretender Kundenprobleme annehmen sowie Mitarbeiter, die sich um Marketing, Vertrieb und kaufmännische Verwaltung der IT-Dienstleistungen kümmern. Letztere betreten allerdings die Rechnerräume selten oder nie und können auch von anderen Standorten aus arbeiten.

Weitere Menschen, die unter Umständen gelegentlich oder regelmäßig im Rechenzentrum zu tun haben, sind Reinigungskräfte, Elektriker, Lieferanten von IT-Komponenten und Verbrauchsmaterial, Brandschutzexperten, Wartungstechniker für Brandmelde- und Löschanlagen. Dazu kommen Wartungs- und Support-Mitarbeiter, die entweder regelmäßig den Zustand von Datacenter-Komponenten, etwa von Batterien, vor Ort überprüfen, defekte Geräte oder Komponenten entfernen und ersetzen oder neue Komponenten installieren. Manchmal dürfen Postboten und Paketlieferdienst das Rechenzentrumsgelände betreten, doch nie die IT- und Versorgungsräume.

Audit-Teams müssen das Rechenzentrum einschließlich seines Kernbereichs in der Regel betreten, um eine Zertifizierung vorzunehmen. Manchmal, und das ist durchaus üblich, kommen auch Kunden zur Besichtigung. Schließlich schafft es am meisten Vertrauen zu einem Rechenzentrum, wenn Kunden dessen Innenleben sehen dürfen.

Rechtsnormen und Zertifizierungen

Die für deutsche Rechenzentren wichtigen Rechtsnormen sind das IT-Sicherheitsgesetz und die EU-Datenschutzgrundverordnung. Sie legen die rechtlichen Grundlagen für den Schutz sensibler Daten, den Zugriffsschutz, die Integrität der Systeme und Meldepflichten bei Sicherheitsvorfällen fest.

Das Energieeffizienzgesetz (2023) reguliert für Neu- und Bestandsbauten gestaffelt Anforderungen an den Einsatz erneuerbarer Energien, an die Einhaltung eines bestimmten Power Usage Efficiency-Wertes (PUE) – das Verhältnis des Gesamtstromverbrauchs des Rechenzentrums zum Stromverbrauch der IT-Komponenten – und an die Abgabe von Abwärme zur Weiternutzung.

PUE, ein oder kein geeignetes Kriterium für strenge Effizienzvorgaben?

Ralph Hintemann: PUE und sonst nichts?

Die wichtigsten aktuellen Zertifizierungen für Rechenzentren sind EN-50600, darauf basierend ISO/IEC 22237, daneben ISO 50001 für Energie-Management-Systeme, ISO-27001 und die Normen der ISO-9000-Familie, insbesondere ISO-9001. Dazu kommen zahlreiche weitere Zertifizierungen, die Rechenzentren erwerben können, etwa aus den Bereichen Sicherheit (BSI-Grundschutz, PCI DSS), Verfügbarkeit (Tier I bis IV nach Uptime oder TÜV) oder Umwelt (Blauer Engel, EU Code of Conduct etc). Aufgrund der Bestimmungen der oben genannten Gesetze und Verordnungen, die branchenspezifische Rechenzentrumszertifizierungen erlauben, werden Vielfalt und Bedeutung von Zertifizierungen weiter zunehmen.

Link: Normen für den Bau von Rechenzentren

Energieverbrauch und CO₂-Ausstoß von Rechenzentren

Die Kehrseite des riesigen Bedarfs an Rechenzentrumskapazitäten aufgrund von KI, Digitalisierung und Cloud-Computing ist der hohe Energieverbrauch von Rechenzentren samt der dadurch verursachten steigenden Kosten und Umweltbelastung.

Stand 2025 verbrauchen Rechenzentren über ein Prozent des Stroms weltweit und sind für zwei Prozent des globalen CO₂-Ausstoßes verantwortlich. Bis 2030 könnten es über drei Prozent des globalen Stromverbrauchs und zwei Prozent der weltweiten CO_₂-Emissionen werden.

Der steinige Weg zu grüneren Datacentern

In Reaktion haben Regulierungsbehörden, aber auch Betreiber weitreichende Maßnahmen ergriffen. In Deutschland schreibt das Energie-Effizienzgesetz (siehe: oben) ab 2026 verbindliche Zielwerte für den PUE-Wert von Rechenzentren vor. Diese sollen stufenweise verschärft werden.

Die EU verfolgt mit der „Green Deal“-Initiative ebenfalls entsprechende Mindeststandards. Auch Datacenter-Betreiber investieren zunehmend in eine nachhaltigere Stromversorgung, Flüssigkeitskühlung, Kaltgangeinhausung und die Nutzung von Abwärme für Fernwärmenetze.

Ökologische Alternative zum konventionellen Rechenzentrum

Green IT Cloud: Kein Greenwashing in der Cloud

Zugleich lässt sich die anhaltende Nachfrage nach Datacenter-Kapazitäten oft nur mit Spannung mit vorgeschriebenen und verkündeten Nachhaltigkeitszielen vereinbaren. Kritisiert wird etwa die – gesetzlich erlaubte – Ausgleichung des Einsatzes herkömmlicher Energiequellen durch den Erwerb von Grünstromzertifikaten. Angesichts des globalen Strommangels investieren große Datacenter-Betreiber zudem trotz Verpflichtungen, ein „echtes“ Net Zero zu erreichen, teils wieder verstärkt in nicht erneuerbare Energiequellen wie Erdgas oder sogar kleine Nuklearreaktoren.

Der Weg zu Net Zero

Welche Maßnahmen machen Rechenzentren grüner?

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