Ungenutzte Energie und intelligente PDUs

Smartes Energie-Management in Rechenzentren

| Autor / Redakteur: Alberto Zucchinali* / Martin Hensel

Bessere Kühlung plus intelligenter Umgang mit der Stromzufuhr per Power Distribution Unit (PDU) können erheblich zur Steigerung der Energie-Effizienz beitragen.
Bessere Kühlung plus intelligenter Umgang mit der Stromzufuhr per Power Distribution Unit (PDU) können erheblich zur Steigerung der Energie-Effizienz beitragen. (Bild: Siemon)

Rechenzentren gehören weltweit zu den energiehungrigsten Sektoren überhaupt. Die explosive Zunahme digitaler Daten treibt den Bedarf an Speicherplatz und Daten-Hosting in die Höhe und damit auch die Nachfrage nach Rechenzentren. In Folge dessen wird sich der Energieverbrauch durch Rechenzentren weiter erhöhen. Was tun?

Ein Großteil der in Rechenzentren verbrauchten Energie fällt in den Bereich der Kühlung. Es wird geschätzt, dass circa 40 Prozent der Energie allein auf Kühlsysteme entfällt und Unsummen an Betriebskosten verschlingt. Um dem entgegenzuwirken, wurden in den letzten Jahren entscheidende Schritte in Richtung effizienterer Kühlmethoden unternommen.

Verbesserte Kühleffizienz

Moderne Kühlsysteme reichen von passiver Kühlung wie der Warmgang- und Kaltgangeinhausung bis hin zu komplexeren aktiven Kühlmethoden. Dabei bilden luftgekühlte Systeme die Grundlage der Datacenter-Kühlung. Mit steigender Gerätedichte und den damit erhöhten Kühlanforderungen treten jedoch Flüssigkühlsysteme aufgrund ihrer stärkeren Kühlwirkung immer mehr in den Fokus. So ist beispielsweise bei der Immersionskühlung die gesamte Datacenter-Ausrüstung von einer nichtleitenden, nicht entflammbaren Flüssigkeit umgeben, welche die Wärme sehr viel effektiver als Luft ableitet.

Obgleich Rechenzentren durch die Umsetzung wirksamerer Kühlkonzepte zunehmend effizient arbeiten, müssen Betreiber ihre Einrichtungen beständig im Blick behalten, um Energie-ineffiziente Bereiche zu erkennen. Energie-Ineffizienz liegt zum Beispiel auch dort vor, wo Energie „ungenutzt“ bleibt.

Ungenutzte Energie finden

Zu ungenutzter Energie kommt es typischerweise dann, wenn mehr Strom für einen Schrank bereitgestellt wird, als tatsächlich von den Aktivkomponenten in diesem Schrank verbraucht wird. Mit anderen Worten handelt es sich um Energie, die im Rechenzentrum zwar verfügbar ist, aber nicht genutzt wird.

Da es extrem schwierig und kostenaufwändig ist, diese Energie an anderer Stelle nutzbar zu machen, ist sie zumeist eine verschwendete Ressource. Sie wirkt sich generell negativ auf die Effizienz der Energienutzung aus, den so genannten PUE-Wert („Power Usage Effectiveness“).

Laut Expertenschätzung kann auf bis zu 50 Prozent der vor Ort verfügbaren Energie nicht zugegriffen werden. Um den Anteil ungenutzter Energie zu verringern, ist eine Analyse der Energieverteilung im Rechenzentrum nötig.

Die Verteilung des Stroms im Rack

In einer Standard-Konfiguration sind zwei Stromverteilungsleisten („Power Distribution Units“, PDUs) in jedem Rack oder Schrank vorhanden. Sie verteilen die Primär- und Sekundärenergie (Backup-Energie) zu den Aktivkomponenten. In dieser Konfiguration werden PDU-Steckdosen jedoch oft nicht auf die effektivste Weise verwendet, da ein Teil der Steckdosen ungenutzt bleibt.

Eine Lösung für dieses Problem bieten beispielsweise breitere Schranklösungen: Der vertikale Zwischenraum („Zero-U“) zwischen den angereihten Schränken, der für das Patchen und das Kabel-

Mmanagement vorgesehen ist, lässt sich ebenfalls zur Montage von PDUs verwenden. PDU-Steckdosen können dann gemeinsam von den Aktivkomponenten der beiden angrenzenden Schränke verwendet und damit effizienter genutzt werden.

Im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung werden PDUs jetzt nur noch zwischen jedem zweiten Schrank montiert, wodurch sich die Zahl der zuführenden Stromleitungen halbiert und die PDU-Nutzung optimiert. Werden PDUs auf diese Weise gemeinsam verwendet, lässt sich die Zahl der ungenutzten Steckdosen um bis zu 75 Prozent verringern und der PUE-Wert im Rechenzentrum insgesamt verbessern.

Kluge Gerätewahl muss sein

Allein durch die Montage von PDUs in einer gemeinsamen Konfiguration lässt sich bereits die Energienutzungseffizienz im Rechenzentrum steigern. Darüber hinaus verbessert die Wahl geeigneter „intelligenter“ Geräte die Energie-Effizienz weiter.

Intelligente PDUs sind beispielsweise in der Lage, den Stromverbrauch und die Leistungsaufnahme zu überwachen und zu analysieren. Sie tragen damit zur Erkennung ineffizienter Energienutzung und zur Verbesserung des Energie-Managements einer Einrichtung generell bei. Doch auch hier ist es wichtig, die richtige Wahl zu treffen und den passenden PDU-Typ mit dem richtigen Grad an Intelligenz zu finden.

Intelligente PDUs bieten viele Vorteile.
Intelligente PDUs bieten viele Vorteile. (Bild: Siemon)

Rack-PDUs können die Strom- und Leistungsdaten auf verschiedenen Ebenen überwachen. Während PDUs in der Basisausführung nur den Gesamtstromverbrauch aller angeschlossenen Geräte anzeigen, besitzen PDUs mit größerem Funktionsumfang auch eine Alarmfunktion. Diese benachrichtigt die Rechenzentrumsmanager, sobald der Stromverbrauch einen bestimmten benutzerdefinierten Wert erreicht.

Die „intelligenten“ Leisten zur Stromverteilung

Werden noch detailliertere Informationen zur Energienutzung gewünscht, sind intelligente PDUs die Antwort. Sie liefern nicht nur Angaben zur Höhe des Stromverbrauchs und der Leistungsaufnahme aller angeschlossenen Geräte, sondern schlüsseln diese Daten zusätzlich auf Steckdosenebene für jedes angeschlossene Gerät auf. Sie ermöglichen somit Aussagen dazu, welche aktive Komponente am meisten oder am wenigsten Strom verbraucht.

Durch den Zugang zu mehr Informationen und die Möglichkeit der Steuerung sind Datacenter-Betreiber in der Lage, die Energienutzung weitaus detaillierter zu analysieren - und zwar bis hin zu jeder einzelnen Aktivkomponente. Sobald Geräte außerhalb ihrer normalen Parameter arbeiten, können diese schnell erkannt und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden.

Die intelligente Stromverteilung im Rack ist nicht zu unterschätzen, wenn es um die Steigerung der Energie-Effizenz geht.
Die intelligente Stromverteilung im Rack ist nicht zu unterschätzen, wenn es um die Steigerung der Energie-Effizenz geht. (Bild: Siemon)

Arbeitet ein Server beispielsweise mit höherer Betriebstemperatur als normal, müssen auch die Gerätelüfter entsprechend schneller laufen. Mehr Energie wird verbraucht.

Mit intelligenten PDUs, die den Stromverbrauch auf Geräte- und Server-Ebene messen und überwachen, bleibt die Einhaltung der vorgesehenen Stromverbrauchsgrenzen gewährleistet. Die Aufdeckung von Unregelmäßigkeiten trägt dazu bei, zukünftigen Problemen und Ausfallzeiten vorzubeugen.

Wie intelligente PDUs helfen

Oft müssen nicht alle Server im Rechenzentrum rund um die Uhr laufen und kritische Dienste versorgen. Anstatt sie dann im Leerlauf zu fahren oder auf Standby zu haben, kann eine PDU mit Schaltung auf Steckdosenebene Abhilfe schaffen: Sie kontrolliert die Strom- und Leistungsdaten und schaltet die Server je nach Bedarf ein oder aus.

Die Schaltung kann automatisch anhand eines vorgegebenen Plans oder sogar per Fernsteuerung erfolgen. Für Rechenzentren mit „Lights-out“- Betrieb, wo niemand vor Ort ist, ist dies von Vorteil.

Darüber hinaus können sich intelligente PDUs mit dem Netzwerk verbinden. Sie erlauben so einen Fernzugriff auf die Messwerte, aber auch die Datenintegration in ein System für das Datacenter Infrastructure Management (DCIM) des Rechenzentrums. Ein solches System erlaubt die Echtzeit-Überwachung und -Steuerung von Energienutzung, Kapazität und Umgebungsbedingungen auf Geräte- oder Steckdosenebene.

Die Kombination ist wirklich smart

Der Einsatz wirksamerer Kühltechnologien im gesamten Rechenzentrumsbereich ist ein möglicher Weg, die Energie-Effizienz im Rechenzentrum zu verbessern. Daneben können weitere „intelligente“ Technologien eingesetzt werden, um Stellen mit ineffizienter Energienutzung zu ermitteln. So gestatten intelligente PDUs das detaillierte Monitoring und die Analyse der Energienutzung bis hin zu jedem einzelnen angeschlossenen Gerät, wodurch sich die Energieeffizienz insgesamt verbessern lässt.

Werden PDUs in einer gemeinsamen Konfiguration im Zero-U-Bereich zwischen zwei angereihten Schränken installiert, lässt sich die Anzahl der ungenutzten Steckdosen um bis zu 75 Prozent reduzieren. Die verfügbare Energie kann so maximal genutzt und der PUE-Wert des Rechenzentrums spürbar verbessert werden.

* Alberto Zucchinali ist Data Centre Solutions & Services Manager bei Siemon.

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