Herausforderungen für Rechenzentren: Die Bedeutung von Stromversorgung, Kühlung und Konnektivität
Der Trend bei der Einrichtung von Rechenzentren geht heute dahin, kleinere Räume an mehr Standorten in der Nähe der Benutzer zu errichten, um die Latenz zu verringern und die Redundanz zu erhöhen, auch bekannt als Edge Data Centers. Dieser neue Ansatz weicht von der bisherigen Planung ab, bei der ein oder zwei größere Unternehmensrechenzentren und ein sekundärer Disaster-Recovery-Standort (DR) vorgesehen waren. Die Vorteile einer größeren Anzahl von Rechenressourcen an mehreren Standorten liegen auf der Hand, aber die Verwaltung dieser kleineren Standorte kann aus Sicht des Personals, der Vor-Ort-Überwachung und der Fähigkeit zur Unterstützung der aktuellen und nächsten Generation von Rechenanlagen schwierig sein.
Die drei wichtigsten Komponenten bei der Planung eines neuen Rechenzentrums sind Stromversorgung, Kühlung und Konnektivität. Der Strombedarf wird zu Beginn des Prozesses anhand der kritischen Last (Strombedarf bei voller IT-Last für alle Rechenanlagen) als Wert N ermittelt. Zur Vereinfachung ergibt sich die Zahl N aus der Addition des Strombedarfs pro Schrank und der Summe aller Schränke in der anfänglichen Ausbaustufe sowie des künftigen Wachstums, um den Stromverbrauch oder einen Wert für den Gesamtstrombedarf zu erhalten. Der Strombedarf für Nicht-IT-Rechenanlagen wie Kühlung und Beleuchtung muss ebenfalls hinzugerechnet werden. Neben dem Strombedarf für das Rechenzentrum stehen verschiedene Redundanzoptionen wie N+1 oder 2N zur Auswahl. Sobald dies berechnet ist, bleibt der Strombedarf in der Regel für mehrere Jahre unverändert, je nachdem, ob Rechenanlagen im Rechenzentrum hinzugefügt oder entfernt werden.
Die Kühlung ist ein dynamischerer Aspekt des Aufbaus und der Verwaltung der Rechenzentrumsfläche. Der Grund dafür ist, dass sich die Luftströmungswege in den Schränken ändern, wenn Switches, Server und andere Rechenanlagen im täglichen Betrieb hinzugefügt oder entfernt werden. Da sich der Luftstrom in den einzelnen Schränken ändert, ändert er sich auch im gesamten Rechenzentrum. Die Verwaltung dieser Veränderungen ist eine Herausforderung, aber es gibt Tools, die dabei helfen können. Der Einsatz von Überwachungssensoren im gesamten Rechenzentrum hilft dem Betreiber, die auftretenden Veränderungen in Echtzeit zu erkennen, und gibt ihm Rückmeldung darüber, wie er am besten mit zu heißen oder zu kalten Stellen sowie mit dem Stromverbrauch umgehen kann.
Traditionell wurden die Überwachungssensoren in jedem Schrank und an verschiedenen Stellen im Rechenzentrum fest verdrahtet, z. B. am Ende der Reihe, im Unterflurbereich, im Deckenplenum und in anderen Bereichen, in denen die Temperatur eine Rolle spielt. Diese Art des Umweltmanagements fällt unter die Kategorie des Data Center Infrastructure Management (DCIM). DCIM entwickelt sich wie viele andere Prozesse im Bereich der Rechenzentren weiter. Bei der Überwachung können jetzt kostengünstige thermische Sensoren eingesetzt werden, die mit Langzeitbatterien betrieben werden und drahtlos mit der Software verbunden sind, die durch künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) unterstützt wird. Upsite Technologies bietet eine KI/ML-Lösung für diese Anwendung namens EkkoSense an. Diese KI/ML-Technologie befindet sich zwar noch in einer frühen Wachstumsphase, bietet aber die Möglichkeit, mit kostengünstigen Sensoren oder Eingabegeräten viel mehr Datenpunkte zu erfassen, die Echtzeitinformationen über alle Temperaturaspekte, den Stromverbrauch und die PDU-Auslastung des Rechenzentrums liefern.
EkkoSense kann die von den Wärmesensoren gelieferten Informationen in Formaten wie 3-D-Visualisierung oder digitalem Zwilling anzeigen. Weitere Dashboard-Optionen stehen zur Verfügung, um den gesamten Rechenzentrumsbereich oder Teile davon zu betrachten und zu überwachen. Diese Dashboards können so konfiguriert werden, dass sie den Wärme- und Energieparametern des Betreibers entsprechen, die an mehreren Standorten angezeigt werden. Die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) hat Normen (90.4-2019, Energy Standard for Data Centers) für die Rechenzentrumsbranche veröffentlicht, die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz festlegen. Diese Anforderungen können durch EkkoSense überwacht werden und Korrekturmaßnahmen können schnell festgelegt werden, um Probleme zu lösen, sobald sie auftreten.
Da Edge-Rechenzentren oft nicht mit Personal ausgestattet sind und rund um die Uhr überwacht werden müssen, ist eine robuste Plattform zur Überwachung der Anlage unerlässlich. Die Maximierung der verfügbaren kalten Luft durch ein angemessenes Luftstrommanagement und die Lenkung der heißen Abluft zur Umwälzung schützt die Computerausrüstung. Die Kühlung der Computerausrüstung und die Senkung der Energiekosten auf ein möglichst effizientes Niveau optimieren den Betrieb des Rechenzentrums und reduzieren Ausfallzeiten aufgrund von Wärme- und Stromausfällen.
Damit kommen wir zur Konnektivität. Singlemode-Glasfasern werden im Eingangsraum des Rechenzentrums angeschlossen. Die Glasfaserverbindungen werden von Internet Service Providern (ISP) mit Verbindungen zur Außenwelt bereitgestellt. Die meisten Rechenzentren verfügen über mindestens zwei ISP-Verbindungen, oft aber auch über drei bis fünf. Vom Eingangsraum aus verlaufen Singlemode-Glasfasern zu einzelnen Etagen, Zonen, Räumen, Pods (Gruppen von Rechenzentrumsschränken, die zu Kühlzwecken in einer rechteckigen Form installiert sind) oder Schränken.
In den meisten neuen Rechenzentren werden heute Glasfaserkabel von Schrank zu Schrank verlegt, während die Kupferverbindungen innerhalb des Schranks oder über Entfernungen von weniger als 5 Metern verlaufen. Bei Glasfaserstrecken unter 100 Metern werden häufig Multimode-Glasfasern anstelle von Singlemode-Glasfasern verwendet. Der Grund dafür ist, dass die Optiken, die mit den Glasfasern an die Computerausrüstung angeschlossen werden, bei Verwendung von Multimode-Glasfasern traditionell billiger waren. In den letzten zwei bis drei Jahren sind die Kosten für Singlemode-Glasfasern jedoch erheblich gesunken und liegen nun in der Nähe der Kosten von Multimode-Glasfasern. Diese Preissenkung ist den großen Cloud-Anbietern zu verdanken, die in ihren Rechenzentren ausschließlich Singlemode-Fasern und -Optiken verwenden. Aus diesem Grund entscheiden sich immer mehr Betreiber von Rechenzentren dafür, Singlemode-Glasfasern von Schrank zu Schrank anstelle von Multimode-Glasfasern zu verwenden. Singlemode-Glasfasern haben gegenüber Multimode-Glasfasern den Vorteil, dass sie höhere Geschwindigkeiten (400G+) über größere Entfernungen als Multimode unterstützen können. Sie bietet dem Benutzer eine größere Bandbreite, die mehr Verbindungen und Flexibilität in der strukturierten Verkabelungsanlage ermöglicht.
Wenn Sie Fragen zur Wärme- und Stromüberwachung, zum Einsatz von Singlemode- oder Multimode-Glasfasern in Ihrem Rechenzentrum oder zu den neuesten strukturierten Verkabelungsdesigns haben, wenden Sie sich bitte an Ihren lokalen Siemon RSM.
NVIDIA Solution Advisor
Siemon Optische Patching-Lösungen für GenAI-Netzwerke mit NVIDIA Accelerated Computing angekündigt.
Dave Fredricks
Sales Engineer at Siemon
Dave Fredricks is a data center center sales engineer at Siemon with 28 years of experience in fiber optic and structured cabling solutions. He has been with Siemon since 2021, and previously served as a data center infrastructure architect with Cablexpress for 13 years and southeast sales manager at Emerson Network Power for 12 years. Fredricks is a Certified Data Centre Designer (CDCD) and an active member of AFCOM. He authored the white paper, “Conflicts in Data Center Fiber Structured Cabling Standards,” and has comprehensive knowledge of the TIA and IEEE industry standards for network and storage connectivity. Fredricks earned his bachelor’s degree from Western Carolina University.
