Edge-Rechenzentren in ihrer ganzen Bandbreite Von Pico bis Hyper passt alles auf die Kante

Edge-Rechenzentren gibt es in vielen Ausprägungen, oft auf dem platten Land und manchmal auch mitten in der Stadt. Der gemeinsame Nenner dieser Vielfalt: eine möglichst Energie-effiziente Lösung der jeweiligen individuellen Digitalisierungsanforderung, und das alles auf möglichst kurzem Weg.

Anbieter zum Thema

Das an der Westküste von Norwegen gelegene Rechenzentrum Lefdal Mine wird ausschließlich mit erneuerbarer Energie betrieben.
Das an der Westküste von Norwegen gelegene Rechenzentrum Lefdal Mine wird ausschließlich mit erneuerbarer Energie betrieben.
(Bild: gec.io)

Was ist ein typisches Edge-Rechenzentrum: Das mit grüner Energie und als Cloud-Knoten fungierende 50-Megawatt-Datacenter in der isländischen Hauptstadt Reykjavik, also sozusagen an der Edge von Europa? Oder ist es das in einem Behelfsbau befindliche Kompaktrechenzentrum mit Hochleistungssensorik und Analytik einer großen Aquakultur in der norwegischen Provinz? Oder kann es das neu und Energie-effizient gestaltete ehemalige Rechenzentrum der Europäischen Zentralbank im Eurotheum-Turm mitten in Frankfurt am Main sein?

Die drei (teilweise imaginierten, aber keineswegs wirklichkeitsfremden) Kandidaten auf der Vorschlagsliste sind bewusst gewählt, denn einerseits sind sie in ihrem Gesamterscheinungsbild sehr verschieden, andererseits hat jeder der Drei zumindest ein Element, das bei Definitionsversuchen von Edge Computing immer wieder genannt wird: Reykjavik bedeutet Nähe zu grünen Energiequellen (Geothermie und Wasserkraft), die Fischfarm ist Nähe zu den Daten in einer entlegenen Region und Eurotheum ist die Nähe von Energieverbrauch (IT) und integrierter Abwärmenutzung (Energie-Effizienz) für ein Hotel einige Stockwerke weiter oben; und das alles in einer Region, die man als eine der Schaltstellen des Cloud Computing bezeichnen darf.

Am Rande des Netzwerks, aber applikationszentriert

Abstrakte Definitionsübungen sind sicher nicht unwichtig, um sich immer wieder zu vergewissern, ob man mit seinen konkreten Planungen noch das Ziel sieht, aber sie können auch in die Beliebigkeit führen. Wichtig ist, die abstrakte Definition immer wieder an die erlebte Realität und ihre konkreten Anforderungen anzunähern. Ob man nun „Edge Computing“ für einen Marketing-Begriff mit großer semantischer Spannweite hält oder für IT-Realität hier und jetzt und vor allem morgen, ist eigentlich egal.

Unabweisbar ist jedenfalls, dass es immer mehr Anwendungen gibt, die eine Signalverarbeitung „in Echtzeit“ benötigen und die als Einzel-Applikation zudem so viele Daten erzeugen, die ausgewertet, aggregiert und mit anderen Auswertungszentren geteilt werden müssen, dass sich genau für diese Applikation der Aufbau eines eigenen Rechenzentrums lohnt, ja geradezu anbietet. Wenn dann auch noch ein (grünes) Energieangebot sowie Abnehmer für die Abwärme in der Nähe sind, umso besser.

Ob man das Ganze dann Edge Computing nennen muss, sei dahingestellt, letztlich ist das eben skizzierte „applikations- orientierte Rechenzentrum“ vielleicht nicht zentral, aber durchaus sehr zentriert. Denn auch was beispielsweise Wartung und Ausfallsicherheit betrifft, wird man sich bei einer derartigen „Edge“ nicht auf irgendwelche Zentralen allein verlassen wollen und können.

Das hat seinen guten Grund, denn „Edge-Rechenzentren stehen häufig in Bereichen, die ursprünglich nicht für IT vorgesehen sind, beispielsweise in rauen Industrieumgebungen oder anderen unwirtlichen Orten. Die Rechenzentren müssen dort besonders gut gegen physischen Zugriff und Belastungen wie Staub, Rauch, Feuer, Wasser oder Temperaturschwankungen geschützt werden. Die Zahl solcher Anwendungsorte wird steigen“, sagt beispielsweise Philipp Müller, Head of Global Data Center Projects bei Rittal.

Edge kann aus unterschiedlicher Perspektive betrachtet werden

Der Umfang eines solchen Edge-Rechenzentrums kann im Grunde beliebig klein oder auch beliebig groß sein. Erkann von einem einzelnen Server-Rack mit Stromversorgung und Kühlung auf einem Fischfang-Schiff oder in einem Funkmast über massive Container-Rechenzentren in einem Stahlwerk bis zu einem riesigen Hochleistungs-Rechenzentrum mit Myriaden von Servern einzig und allein für Krypto-Mining in einem Bergwerk in Norwegen reichen.

So wird beispielsweise das an der Westküste von Norwegen gelegene 120.000 Quadratmeter große Rechenzentrum Lefdale Mine ausschließlich mit erneuerbaren Energien betrieben. Darüber hinaus wird es durch Wasser aus dem nahegelegenen Fjord gekühlt. Die Energiekosten sind entsprechend gering und das System erreicht einen PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) von weniger als 1,15.

Die Applikations-Orientierung dürfte eine zentrale definitorische Komponente von Edge Computing sein, wobei die Art der jeweiligen Applikation überaus vielfältig ist. Und natürlich ist Edge Computing oft die Brücke zu cloudbasiertem High-Performance-Computing. So sagt zum Beispiel Peter Dümig, Senior Server Product Manager bei Dell Technologies: „Wir gehen davon aus, dass langfristig mehr als zwei Drittel aller Workloads in die Edge ausgelagert werden. Nicht zuletzt gibt es bereits Ansätze der großen Hyperscaler, sich aus dem klassischen Rechenzentrum hinauszubewegen.“

Trotzdem ist die Verbindung „Hyperscaler und Edge“ durch eine ganz spezifische Sichtweise gekennzeichnet. „So denken Hyperscaler bei ihren Edge-Angeboten oft von der Cloud her“, sagt Philipp Müller von Rittal, und er fügt erläuternd hinzu: „Die Edge-Rechenzentren fungieren bei diesem Modell eher als Außenposten der Hyperscaler-Cloud und beschränken sich auf die Verarbeitung von Daten, die beispielsweise aus Latenzgründen nicht in der Cloud verarbeitet werden können. Grundsätzlich gehen dabei also möglichst viele Daten in die Cloud.“

Rittal und seine Schwesterfirma German Edge Cloud würden dagegen die Edge bei vielen Anwendungen andersherum denken: Im Fokus stünde die Lösung der individuellen Digitalisierungsanforderung vor Ort. Dabei blieben möglichst viele Daten direkt vor Ort oder in der geschützten Private Cloud – mit Vorteilen bei der Sicherheit und ohne Vendor- Lock. Wenn nötig und gewünscht, sei zusätzlich die Anbindung an Public Clouds möglich – mit souveräner Kontrolle über die Daten.

Und besonders dort, wo bereits intelligente Infrastrukturen bestehen (Funkmasten etc.), können Edge-Geräte auch als „Untermieter“ nachgerüstet werden, ist sich Dell-Manager Dümig sicher. Bei Dell Technologies jedenfalls entwickle man die hauseigene Edge-Infrastruktur flexibel und agil um die „Daten der Kunden herum“, das sei ja deren wertvollste Ressource. Dabei würden Edge-Standorte, die heute noch ungewöhnlich scheinen, bald Normalität.

Der Artikel entstammt dem 2021er eBook „Edge Computing“:

Die nächste Welle

eBook: Edge Computing

Edge Computing
eBook: Edge-Computing

Seit Jahrzehnten schwankt die IT zwischen Zentralisierung und Dezentralisierung hin und her. Die vierte Welle rollt nun wieder in Richtung Dezentralisierung - auf die Edge zu.

Wo diese Bewegung her kommt, wie sie sich genau nennt und was sie definiert, sind Inhalte unseres neuen eBooks. Erfahren Sie mehr über die nächste DC-Infrastruktur-Welle, ihre möglichen Anwendungsgebiete und vieles mehr

So lauten die Kapitel des eBooks:

  • Edge Datacenter: Jetzt geht es erst los
  • Ist die Netzwerk-Kante das neue Zentrum?
  • Von Pico bis Hyper passt alles auf die Kante
  • Edge Computing und Distributed-Ledger-Technologien
  • Dringender Handlungsbedarf


    >>> eBook „Edge-Computing“ zum Download
  • Die Basis von Edge: industrietaugliche Chips und Platinen

    Basiskomponenten für ein solches Andocken an die Kante von größeren Plattformen sind zunächst einmal dafür geeignete Prozessor- oder Gate-Array-Typen, darauf aufbauende echtzeitfähige (Industrie-) Rechner-Platinen und ausreichend breite Busstrukturen. Standards wie COM Express für raue Rechner- Umgebungen definieren dabei die Randbedingungen für Edge Computing „von der Pike“ auf.

    Für das High-End-Edge-Computing, das heißt: für alle, die jede Menge Daten vor Ort (womöglich mit KI-Algorithmen) superschnell verarbeiten müssen, sei es nun im Bereich autonomer Fahrzeuge oder im Bereich volldigital gesteuerter Fertigungsstraßen, gibt es neuerdings den COM-HPC- Industrierechner-Standard. Anders als COM Express ist COM-HPC nicht auf x86-Prozessoren beschränkt, diese Norm umfasst auch RISC-Prozessoren, freiprogrammierbare Gate Arrays (FPGA) und Grafikprozessoren (GPU).

    Mittlerweile bietet Intel seine Prozessoren der „Atom x60000 E“.Series sowie „Celeron“ und „Pentium N“ & „J“-Prozessoren in stromsparender 10-Nanometer-Technologie an. Diese Prozessor-Typen können in Compact- und doppelstöckigen Platinen („Minicomputer-on-modules“) sowie Pico-ITX-Single-Board-Computern eingesetzt werden (für verschiedene Industrierechner-Formfaktoren, unter anderem COM Express und COMHPC).

    Nach Darstellung des niederbayerischen Embedded-Edge-Spezialisten Congatec lässt sich auf dieser Basis „eine neue Klasse von gekapselten Systemen“ („embedded systems“) für die Anbindung an die Edge bauen. Die neuen Industrierechner-Platinen und Module von Congatec jedenfalls bieten im Vergleich zu ihren Vorgängern doppelt so schnelle Grafik-Verarbeitung auf bis zu 4 Cores. Weitere Vorteile für industrielle Echtzeit-Anwendungen seien unter anderem Time-Sensitive Networking und RTS-Hypervisor-Support sowie BIOS-konfigurierbarer ECC-Speicher und Optionen für den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 Grad.

    Edge-Appliances mit umfassender Software-Unterfütterung

    Edge-Appliances wie „Oncite“, eine Entwicklung der Rittal-Tochter German Edge Cloud, führen gekapselte Edge-Module eine Stufe höher. Vom Anwendungsbereich eher „generisch“, also für viele verschiedene Anwendungen angelegt, betonen die Oncite-Entwickler vor allem die Bereiche Datenhoheit und Sicherheit, durch die sich diese Appliance besonders auszeichne.

    Die Anwender könnten selbst entscheiden, wer Zugriff auf welche Daten erhält und über welche Plattformen und Public Clouds sie sich mit ihren Partnern vernetzen möchten. Man stütze damit, so Rittal-Mann Philipp Müller, auch die „Idee von GaiaX, des europäischen Digital-Großprojekts in Sachen Cloud“.

    Zur Hannover Messe 2021 wurde Oncite nun weiter in Richtung einer umfassenden und bedienungsfreundlichen Fertigungsstraßen- Edge-Lösung erweitert. Benutzt wurden dabei Komponenten aus dem Lösungspaket „Cloud Paks“ von IBM, das auf der Kubernetes-Plattform von „Red Hat Openshift“ aufsetzt.

    Die Vorteile dieser Verbindung von Prozessdatenverarbeitung und Informationsverarbeitung (außerhalb der Fabrikhalle) werden an einer KI-gestützten visuellen Inspektion aufgezeigt. Wenn dabei jedes einzelne Bild zur Analyse zunächst über das lokale Fabriknetzwerk in die Public Cloud geschickt werden müsste, so die Aussage, verpuffe der Nutzen der modernen KI-Technologien durch die hohe Latenzzeit und die oftmals unzureichende Verfügbarkeit des Wide Area Network (WAN) schnell.

    Hinzu komme, dass viele Unternehmen noch nicht über eine Anzeige relevanter Kenngrößen zum Produktionsprozess und Anlagenstatus verfügten. Oft gelinge es deshalb noch nicht, am Ort des Geschehens in der Fertigung die benötigten Daten aus den verschiedenen Quellen zusammenzubringen.

    „Der Vorteil der mit IBM erweiterten Lösung liegt auf der Hand“, sagt Dr. Sebastian Ritz, Geschäftsführer der German Edge Cloud: „Die produzierendenUnternehmen profitieren durch den Einsatz von Hyperscaler-Technologie schnell von einem hohen Digitalisierungsgrad in ihrer Fertigung, ohne selbst umfassendes Know-how dafür entwickeln zu müssen.“

    Konkret umgesetzt wird das Potenzial der um die „Cloud Paks“-Software erweiterten Oncite-Appliance im digital integrierten Produktionswerk von Rittal im hessischen Haiger. 250 vernetzte Maschinen produzieren dort bis zu 18 Terabyte Daten jeden Tag, die analysiert, in nahezu Echtzeit verarbeitet und zur Optimierung der Produktion genutzt werden – und zwar mit der notwendigen Datensicherheit und -souveränität.

    Mit Hilfe der IBM-Lösung haben sich die Möglichkeiten erheblich erweitert: Produktinformationen aus dem SAP-System werden mit Echtzeit-Stationsdaten zusammengeführt. Damit kann schnell und einfach visualisiert werden, in welchem Bearbeitungszustand sich die jeweiligen Produkte befinden und wie der Produktionsprozess insgesamt verläuft.

    Container-Datacenter zur Steuerung eines Stahlwerks

    Eine „Edge-Nummer größer“ sind die beiden Rechenzentrums-Container im Stahlwerk Duisburg-Bruckhausen der Thyssen-Krupp AG: zwölf Meter breit, drei Meter tief, gut zweieinhalb Meter hoch. Trotzdem sind sie Winzlinge gegenüber dem Industriekoloss in ihrem Rücken.

    Gleichwohl sind gerade diese Winzlinge so etwas wie das Überlebens-Paket, das den „Industrie-Dino“ zur agilen High-Tech-Fertigung befähigt. Denn auch die Fertigung der mehr als 2.000 Stahlerzeugnisse ist immer stärker durch die Digitalisierung geprägt: Ob für die Entwicklung neuer Werkstoffe, ob für die Herstellung auch kurzfristig auf Kundenwünsche angepasster Waren oder die Optimierung von Logistikund Lagerprozessen – Daten zu generieren, in Echtzeit zu analysieren und seinen Kunden bereitzustellen, wird für die Wettbewerbsfähigkeit in der Stahlbranche unverzichtbar. Die Digitalisierung wird damit immer mehr zum entscheidenden Erfolgsfaktor und die Container bilden das Rückgrat der dafür notwendigen IT-Prozesse.

    Ein solches containerisiertes Edge-Rechenzentrum soll bei Thyssen-Krupp nach und nach an jeden Produktionsstandort kommen, aufgestellt auf einer frei zugänglichen Parzelle in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Werkes und nach dem immer gleichen Plan montiert und ausgestattet: vom Klimagerät über Brandmelde- und Löschanlage und Rack bis hin zur exakten Länge und Beschriftung der benötigten Kabel und Steckverbindungen ist jedes Einzelteil elektronisch inventarisiert.

    So entsteht ein digitaler Twin, der eine sichere Wartung wie auch ein virtuelles Ressourcenmanagement des jeweiligen MicroDC ermöglicht. Das wertvolle und sensible Innere wird geschützt von einer stabilen Stahlblechhülle. Dazu gibt es exakt geregelte Prozesse, über die diese Container in die Konstellation auf dem Werksgelände einzubinden sind – von der Anbindung der Produktionsdaten per Unterlandkabel, der Regulierung der Spannung von 500 Volt in der Produktion zu 400 Volt im Container bis zur Eingliederung der Standorte in das konzernweite Sicherheitskonzept – vom Brandschutz bis zur Zugangskontrolle.

    Energie-effizientes Edge-Rechenzentrum mitten in der Stadt

    Die Anwendung zeigt einmal mehr: Edge Rechenzentren müssen von der Anwendung her betrachtet werden, jede andere Perspektive ist „graue Theorie“. Aber Edge-Rechenzentren sollen und können ganz konkret auch vom Output und Input her ganzheitlich betrachtet werden. Was wird an Arbeit hineingesteckt und was kommt als Leistung heraus?

    Unter diesem ganzheitlichen Aspekt scheint dem Autor das ganz am Anfang erwähnte Rechenzentrum des Dresdner Rechenzentrums- Spezialisten Heat & Cloud im ehemaligen Gebäude der Europäischen Zentralbank am Frankfurter Willy-Brandt-Platz besonders gelungen und nachahmenswert: Die Räumlichkeiten im „Eurotheum“ bieten auf zwei Etagen Platz für insgesamt 84 Server-Schränke, die mit leistungsfähigen Computer- und Speicher-Einheiten bestückt sind.

    Bei vollem Ausbau produzieren die Server auf jeder Etage bis zu 300 Kilowatt Abwärme, die dank hocheffizientem Direktkühlsystem verlustarm von den Wärmehotspots aufgenommen und abtransportiert wird. Genutzt wird die Abwärme von dem Hotel, das in den oberen Stockwerken des Hochhauses (ab 22. Etage) untergebracht ist.

    Christian Kallenbach, ehemals bei Cloud@Heat Technologies beschäftigt, berichtet von einer jährlichen CO2-Reduktion von „90 Fußballfeldern“. Der „Power Usage Effectiveness“-Wert (PUE) sei durch den Umbau von 1,92 auf 1,27 gesunken. Dass der Wert nicht noch näher an 1 komme, liege an den USV-Systemen, die man aus baulichen Gründen nicht habe austauschen können.

    Die Edge als „Abbruchkante“ für exorbitanten Energieverbrauch? Die Edge als Lösungskomponente für den Green Deal? Wer weiß. Jedenfalls muss die Edge nicht – wie im Wort enthalten – Abgrund signalisieren, sondern kann auch Aufbruch bedeuten.

    Jetzt Newsletter abonnieren

    Täglich die wichtigsten Infos zu RZ- und Server-Technik

    Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

    Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

    (ID:47836068)