Edge Computing

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Der Markt am Edge gewinnt Konturen

© IBM

Von Ariane Rüdiger

Vielen Besuchern der großen IT-Ausstellungen 2016 und 2017 fiel ein neuer Infrastrukturtyp ins Auge: das Mikro-Rechenzentrum. Seine Entstehung resultiert aus der Architektur der sich vom Endgerät bis zur Cloud erstreckenden IoT-Infrastrukturen: Zwischen den mit Sensoren gespickten Geräten in der äußersten Netzwerkperipherie und den nahezu unbegrenzt in ihrer Rechenleistung skalierbaren Cloud-Rechenzentren im Zentrum erstreckt sich eine Art Niemandsland. Dort herrschen oft schmalbandige und daher leicht verstopfte und auch nicht immer verfügbare Verbindungen vor. Und je länger die Verbindungen zwischen Edge und Cloud-Core sind, je mehr Zwischenstationen sie haben, desto mehr steigt die Latenz, desto größer sind die Risiken zufälliger Datenverluste, von Angriffen und Datenkorruption. Dabei käme es gerade bei typischen IoT-Anwendungen wie Industrie 4.0, Smart Grid, Smart City oder autonome Logistik/autonomes Fahren auf Sekundenbruchteile an. Solche Anwendungen – und noch viele andere mehr – lassen sich ohne Reaktionen in Echtzeit schlicht nicht realisieren. Die finanziellen Vorteile, die es an sich birgt, Infrastruktur zu zentralisieren, wie das in der Cloud geschieht, verlieren angesichts dieser Ausgangslage sehr an Bedeutung.

Colocation in Kundennähe

Die Betreiber von Content Distribution Networks und Unternehmen, die ihr Geld mit dem Streaming von Medien verdienen, wissen schon länger, dass die räumliche Position von Rechenzentren keinesfalls eine vernachlässigbare Größe ist. Sie mieten schon lange Kapazitäten am Edge (also nahe beim Datenempfänger) oder errichten eigene Rechenzentren mit deutlich geringerer Distanz zu den Endabnehmern. So wollen sie vermeiden, dass ihre Kunden, die meist monatlich für einen ungestörten Empfang bezahlen, ständige Unterbrechungen erleben müssen, wenn sie zum Beispiel einen Film auf ihr Endgerät laden.

Inzwischen bildet sich zumindest in den USA, inspiriert vor allem durch IoT und Content Distribution, ein neuer Markt heraus: Spezialisierte Unternehmen bauen, entwickeln und betreiben kleine Kolokationsrechenzentren abseits der großen Knotenpunkte und nahe bei den Endempfängern der Daten. Die hauptsächliche Aufgabe dieser Einrichtungen ist es, Daten vom Edge, die nicht echtzeitpflichtig sind, aber auch nicht unbedingt in die Cloud weitergeleitet werden müssen, zu verarbeiten, beispielsweise zu analysieren. 451 Research spricht von diesem Rechenzentrumstyp als „Edge-nahen Rechenzentren“. So hat sich in den USA gerade die EdgeCore Internet Real Estate LLC gebildet. Das Unternehmen will für rund zwei Milliarden Dollar Edge-Rechenzentren entwickeln und bauen. EdgeConneX baut bereits seit 2013 Edge-Datacenter. Entstanden sind 31 solche Einrichtungen in Europa und Asien, davon sechs in Europa; in Deutschland gibt es aber noch keins. Flexential, ein anderer Edge-Player, ist ausschließlich in den USA aktiv. Für große TK-Provider ist es eine mögliche Strategie, neben einigen großen auch kleinere Edge-Datenzentren aufzubauen. Dafür hat sich beispielsweise Colt DCS entschieden.

EdgeCore.jpeg EdgeCore baut in den USA derzeit ein Netz von Cloud-verbundenen Datacentern auf, mit Standorten u.a. in Dallas, Phoenix und Reno. Jeder Campus ist für eine kritische Last von über 100 MW ausgelegt. (Bild: EdgeCore Internet Real Estate, LLC)

Edge-RZ direkt im Feld

Das eigentliche Edge befindet sich aber noch näher bei den Sensoren und Aktoren als diese Zwischenstationen. 451 Research kategorisiert Edge-Datacenter dadurch, dass sie imstande sind, die aus dem Feld empfangenen Daten in Echtzeit zu sammeln, auszuwerten und gegebenenfalls Aktionen anzustoßen. Solche feldnahen Datacenter werden wohl vor allen Dingen mittels der Produkte, die in die Kategorie Mikro-RZ fallen, realisiert. Eigentlich muss man von Systemen sprechen, da Mikro-Rechenzentren in der Regel als integriertes System mit Erweiterungsmöglichkeiten kommen. Sie bestehen nur aus einem oder sehr wenigen Schränken, die sicher, möglichst autonom und wenig platzraubend mehr oder weniger überall stehen können: am Straßenrand genau wie am Rand einer Fertigungslinie, im Schaltschrank eines Stromversorgers oder im Keller von Smart Homes und mehr oder weniger durchautomatisierten Bürogebäuden.

Allerdings muss es nicht bei den bisherigen Formen von Edge-Rechenzentren bleiben. Andreas Keiger, Executive Vice President Global Business Unit IT bei Rittal, meint dazu: „Es gibt Produktionsumgebungen, in denen so viele Daten anfallen, dass man entlang einer Produktionsstrecke alle 70 bis 100 m ein Edge Datacenter aufstellen wird.“ Da liege es nahe, stattdessen die nötige Rechenleistung gleich in die Maschinen selbst zu integrieren. Zwar geschehe das derzeit noch nicht, sei aber durchaus denkbar, meint Keiger. Auch autonome Fahrzeuge könnten zukünftig durchaus so viel Intelligenz wie ein Edge-Datenzentrum besitzen.

Zudem ist zu erwarten, dass Edge-RZ für spezifische Zwecke gebaut werden, zum Beispiel für das Hochleistungsrechnen, die Bildanalyse oder andere Funktionen, die sich mit besonderer Hardware und umgebender Infrastruktur schlicht weit schneller ausführen lassen. Warum etwa die Bilder einer Anlage zur optischen Qualitätsanalyse in der Fertigung nicht in einem Edge-Datacenter zusammenführen, das in der Nähe der jeweiligen Kontrollstationen steht, auf optische Analyse spezialisiert ist und die nötige Rechnerei durchführt, um Ausschuss rechtzeitig zu erkennen?

Ambitionierte Entwicklungen

Erste Ansätze in diese Richtung sind schon zu besichtigen. So präsentierte das Züricher Forschungslabor von IBM auf der ISC (International Supercomputer Conference) 2017 ein auf Hochleistungsrechnen zugeschnittenes Mikro-Rechenzentrum, das zusammen mit Astron realisiert und auch gleich preisgekrönt wurde. Dieses „Rechenzentrum in der Größe eines Schuhkartons“ braucht im Rack nur zwei Höheneinheiten, kann also in einem autonom arbeitenden Mikro-Rechenzentrumsschrank mit reichlich Peripherie kombiniert werden. Das Gerät soll aber so viel leisten wie heute ein vier- bis zehnmal größer Server. IBM realisiert das Projekt DOME seit 2012 und investierte gemeinsam mit Partner Astron, dem Niederländischen Institut für Radioastronomie, knapp 36 Millionen Euro. Das System besteht aus 128 Power-PC- oder ARMVv8-64-Bit-Prozessoren, Letztere von NXP, und arbeitet mit Linux Fedora als Betriebssystem. Als Anwendungsfelder stellen sich IBM und seine Partner Applikationen aus dem Bereich Internet of Things und Industrie 4.0 vor.

DOME-Microserver-CPU-2014.jpg Am 3. Juli 2014 stellte Ronald P. Luijten für IBM und ASTRON aus dem DOME-Projekt einen Prototyp der High-Density-64-Bit-Microserver-CPU vor, die auf einem 133×55-mm-Board unter Linux installiert war. (Bild: IBM Research)

HPE hat unterdessen auf seinem Forschungsstand während der Firmenkongressmesse Discover in Las Vegas 2018 Memristor- und Optical-Computing-Module vorgestellt, die später in Edge-Devices integriert werden sollen, um Spezialaufgaben zu lösen. Memristoren eignen sich hervorragend für neuronale Netze, die wiederum häufig für die Bilderkennung angelernt werden, während das optisch rechnende Modul nach Angaben von HPE-Vertretern vor allem bislang nahezu unlösbare mathematische Optimierungsprobleme wie das des Handlungsreisenden berechnen kann. Zur Erklärung: Das Problem des Handlungsreisenden ist eine klassische Optimierungsaufgabe höchster Komplexität: Wie lassen sich diverse Ziele, die angefahren werden müssen, in eine optimale Reihenfolge bringen – möglicherweise auch noch unter Berücksichtigung von allerlei anderen Randbedingungen. Je mehr Ziele und Bedingungen, desto höher die Komplexität.

Am Edge entstehen Kooperationen

Marktforscher und Unternehmen wittern im Bereich Edge Datacenter große Chancen. So sagt das Analystenhaus Technavio dem Markt im Raum EMEA steile Wachstumsraten von im Durchschnitt knapp 19 % bis zum Jahr 2022 voraus. Bis dahin soll der europäische Markt für Edge-Rechenzentren ein Volumen von 2,2 Milliarden Dollar Umsatz erreicht haben. Laut Gartner wird bis 2022 die Hälfte aller Daten außerhalb der klassischen zentralen Rechenzentren oder der Cloud produziert. Und 451 Research bescheinigt dem Markt der mikro-modularen Rechenzentren innerhalb der vergangenen drei Jahre ein durchschnittliches Wachstum von mehr als 50 %. Das Analystenhaus geht davon aus, dass sich diese Rate mit 5G-Mobilnetzen eher noch erhöht.

Das könnte vor allem für die gebeutelten Hersteller von Servern und anderer klassischer Infrastruktur Erleichterung bringen. Die Serververkaufsraten waren schließlich während der vergangenen Jahre nicht gerade ein Hit. Allerdings erfordert der Edge-DC-Markt von vornherein eine sehr viel stärker kooperativ ausgerichtete Herangehensweise als der traditionelle Infrastrukturmarkt. Wer eine Rechenzentrumsbox beispielsweise am Rand einer Teststrecke aufstellen will, um die auf dieser Strecke generierten Daten ortsnah in Echtzeit auszuwerten, der möchte dafür nicht mit zehn Herstellern konferieren, sondern braucht alles aus einer Hand.

Demzufolge führt der Boom am Edge zu neuen Kooperationen. Die Hersteller von Edge-tauglichen Schränken, die meist „voll möbliert“ mit Strom- und Notstromversorgung, Kühlung, Sicherheitseinrichtungen und Remote Management einschließlich der dafür nötigen Sensoren ausgeliefert werden, bauen ihre Schränke häufig maßgefertigt für unterschiedliche Hersteller. Beispielsweise fertigt Rittal Minirechenzentren nicht nur für HPE und ABB, sondern auch für IBM, das sein Scalable Modular Datacenter mithilfe der Technologien des Herstellers ausrüstet. Allerdings ist dieses kein klassisches Mikro-Rechenzentrum.

Dessen Dimensionen enden bei etwa zehn IT-Schränken, das ist das, was in etwa in einen 40-Fuß-Container passt. Man kann aber die Grenze noch weiter unten ansetzen, nämlich bei vier bis fünf Schränken, weil mehr IT in der Regel andere technische Lösungen erfordert, zum Beispiel abgetrennte technische Betriebsräume. Größere Implementierungen fallen meist in die Kategorie „Modulares Rechenzentrum“. Derartige Produkte werden von vielen Herstellern angeboten, neben IBM beispielsweise von Colt, Huawei und anderen. Auch dieser Rechenzentrumstyp dürfte häufig am Edge zu finden sein, wird sich möglicherweise aber in der Hierarchie der RZ-Varianten zwischen Edge und Cloud Core schon wieder eine Ebene höher befinden als das typische Edge-nahe Mikro-Rechenzentrum.

MW-KommRZ3.2018.ID01-Secure-Edge-Data-Center.jpg Das Secure Edge Datacenter von HPE, Rittal und ABB soll in Produktions- und Telekommunikationsumgebungen eingesetzt werden. (Bild: HPE/ABB/Rittal)

Marktgrößen im Mikrosegment

Im Bereich Mikro-Rechenzentren hat sich nicht nur Rittal positioniert. Auch die anderen großen Schrank- und RZ-Infrastrukturanbieter sind hier aktiv. Zum Beispiel Vertiv: Seine Produktreihe SmartCabinet umfasst unterschiedlich ausgestattete Geräte, sie arbeiten teils mit aktiver, teils mit passiver Kühlung. Darin steckt Technologie von Knürr, Avocent (Remote-Steuerung und Management) und Liebert (USV). Verfügbar sind die Varianten Basic, Eco und Top mit jeweils steigendem Sicherheits- und Verfügbarkeitsgrad. Das „Intelligent Enclosed Datacenter“ SmartCabinet braucht nur 0,7 m² Standfläche und hat dank eines neuen Typs effizienter USV einen PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) von weniger als 1,6. Eingebaut sind leise Lüfter und ein 7-Zoll-LCD-Bildschirm für die Steuerung und Überwachung; für die Remote-Kotrolle muss eine zusätzliche Monitoring-Karte eingebaut werden. In weniger als einer Stunde ist das System laut Vertiv aufgestellt.

Apc-netshelter-sx1.jpg APC (Schneider Electric) stellt seinen Partnern einen kostenlosen Konfigurator für die Auslegung von Micro-Datacentern für Edge-Anwendungen zur Verfügung. (Bild: Schneider Electric)

Schneider, der dritte Große im Bund der Infrastrukturbauer, hat AST Modular aufgekauft, einen Hersteller modularer Mini-Rechenzentren unter dem Label Smart Bunker. Dessen Produkte werden auch in Europa angeboten, während eine zweite Produktreihe, Micro DC Xpress, lediglich in Süd- und Nordamerika vertrieben wird. SmartBunker besteht aus vier Modellen mit 23 und 42 Höheneinheiten und Leistungen zwischen 3 und 8 kVA. Smart Bunker kommen mit einem sicheren, isolierten und robusten Gehäuse und sind ausgestattet mit USV, Kühlsystem und Managementsoftware. Die einzelnen Geräte arbeiten mit unterschiedlichen Kühltechnologien.

Das Spitzensystem Smart Bunker FX mit 42 Höheneinheiten hat ein abgeschlossenes InRow-Kühlsystem mit Bedienelementen und Display. Der Schrank kommt thermisch isoliert, vorkonfiguriert und getestet. Die Kabeldurchführungen sind versiegelt. Spezielle Räume oder Filtersysteme sind nicht erforderlich. Der Zugang über die Vorder- und Rückseite erfolgt mittels berührungsloser Schlüsselkarten. Die Rack-Stromverteilung lässt sich aus der Ferne überwachen. Die Management- und Monitoring-Software StruxureWare Data Center Expert wird mitgeliefert. Die USV liefert fünf Minuten Strom für einen sicheren Shutdown.

Die schon erwähnte Kooperation zwischen HPE, Rittal und ABB resultierte im Secure Edge Data Center. Dabei steuert Rittal die Schrankinfrastruktur inklusive Kühlung und Brandlöschsystem bei, HPE die IT und ABB Stromversorgung sowie die Industriekunden, die aus Sicht der Anbieter die Geräte hoffentlich bald aufstellen werden. Auch Telekommunikationsumgebungen werden angepeilt.

Das Secure Edge Datacenter kommt voll integriert und getestet inklusive der von HPE vorkonfigurierten softwaredefinierten Infrastruktur und soll ab Bestellung innerhalb eines Vierteljahres einsatzbereit sein. Das Gehäuse hat die Schutzklasse IP55 (feuchtigkeits- schmutz-, staubgeschützt), Kühlung und Brandschutz sind integriert, die redundante Stromversorgung mit Notstrom stammt von ABB. Skalierungsschritte sind 5, 10 und 20 kW. Ausgerüstet mit HPE ProLiant für Microsoft Azure Stack, können auf dem Gerät Azure-kompatible Applikationen laufen, sodass Anwender die freie Wahl haben, ob sie eine Anwendung auf der Azure-Public-Cloud oder auf eigener Hardware betreiben wollen, und die Lasten auch zwischen diesen beiden Infrastrukturen verschieben können.

Dell-MicroDC.jpg Die Micro MDC (Modular Datacenter) von Dell EMC sind Komplettlösungen, die praktisch überall platziert werden können. (Bild: Dell Inc.)

Dell EMC hat seit 2016 ein micro MDC (Modular Data Center) im Programm. Zielgruppe sind Service Provider und deren Edge Computing. Das MDC enthält lokale Rechenleistung, Storage, Vernetzungsmodule, Stromversorgung und Kühlung. Die Mindestkonfiguration umfasst drei Racks. Im Infrastrukturrack steckt die DSS-9000-Rack-Scale-Infrastruktur, dazu kommen zwei Racks für Kühlung und Energieversorgung. Es sind diverse Kühltechnologien verfügbar. Der IT-Teil des Systems ist komplett softwaredefiniert. Das MDC skaliert bis 24 Racks und kann damit die Dimension der üblichen Mikro-Rechenzentren deutlich überschreiten.

Huawei hat zwei voll integrierte Minirechenzentren im Angebot: das „intelligente Kleinrechenzentrum“ FusionModule800 und die „intelligente Mini-Rechenzentrumslösung“ FusionModule500. Die Geräte kommen mit USV, Monitoring der Stromschienen, Batterie und der Huawei-Managementlösung NetCo. Es gibt eine 42- und eine 24-HE-Variante. Kunden können beim 42-Höheneinheiten-Modell zwischen der Kombination von IT- und IT-/Batterieschrank und der Kombination getrennter Schränke für IT, Batterien und Vernetzungstechnik wählen. Daneben gibt es noch einige modulare Systeme und eine voll ausgestattete Containerlösung, das „Prefabricated All-in-One Data Center“ FusionModule1000A.

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Schwarz auf Weiß
Dieser Beitrag erschien zuerst in unserer Magazin­reihe „Rechen­zentren und Infra­struktur“. Einen Über­blick mit freien Down­load-Links zu sämt­lichen Einzel­heften bekommen Sie online im Presse­zentrum des MittelstandsWiki.

Spezialisten am Netzwerkrand

Neben diesen großen gibt es noch einige kleinere Anbieter: Delta Power Solutions bietet voll integrierte Mikro-Rechenzentren für regionale Einrichtungen und kleine Unternehmen an. Die kompakten RZ-Lösungen brauchen laut Delta dank einer hochzuverlässigen Stromversorgung keine USV und sind nur 1,20 m tief. Sie erfüllen die Kriterien der Verfügbarkeitsstufe A und sind mit einem vom Hersteller angegebenen PUE von 1,4 extrem energieeffizient. Gekühlt werden sie mittels eines rückseitigen Zentrifugalgebläses, dessen Bedienoberfläche sich im Kaltgang befindet. Klimaanlage, PDU, Türsensoren, Beleuchtung und andere Funktionen sind in ein Prozessleitsystem integriert. Dessen Display zeigt auch dann noch an, wenn ein Controller ausfällt.

Der Serverintegrator Thomas-Krenn hat fürs Edge zwei Datacenter-Typen im Angebot, die aus unterschiedlichen Quellen stammen: Erstens das Compact Datacenter Midrange (ab rund 12.600 Euro), das von der DC Datacenter Group GmbH hergestellt und als DC-ITSafe Office vertrieben wird, zweitens das von Prior1 stammende Compact Datacenter High End (ab 30.845 Euro), das dort als IT Safe angeboten wird. Für beide gibt es im Internet einen Konfigurator. Das Midrange-Modell ist 21 Höheneinheiten groß; an ihm fällt eine besonders leise Klimaanlage auf, die das Gerät auch für Büroumgebungen geeignet macht. Das High-End-Modell hat 42 HE. Es ist hochverfügbar gemäß TÜV-Stufe 2, geschützt nach IP56/EN60529, gegen Einbruch nach RC2 gemäß EN 1627/EN1630 und besitzt die Feuerwiderstandsklasse F90, ist modular aufgebaut und skalierbar. Optional sind eine redundante USV und eine Klimaanlage erhältlich, die zwischen 1,5 und 11 kW pro Rack wegkühlen kann.

KommRZ3.2018.ID01-dc-itsafe.jpg Den kompakten DC-ITSafe Office der Data Center Group hat Thomas-Krenn unter dem Namen Compact Datacenter Midrange. (Bild: DC-Datacenter-Group)

Eine besondere Konzeption für das Edge bietet Cloud&Heat an: Das Dresdner Unternehmen baut Edge-Rechenzentren mit innovativer Wasserkühltechnik direkt am Prozessor und einer Abwärmenutzung, die die Betriebskosten um bis zu 60 % senken soll. Das für den Einsatz in IT-Unternehmensumgebungen konzipierte DiaB (Datacenter in a Box) fasst bis zu 40 Serverblades. Sie haben Dual-Socket-Intel-Xeon-E5-Prozessoren mit bis zu 22 Cores pro Prozessor. Bis zu 512 GByte RAM pro Server sind möglich, dazu kommen maximal zwei 1,6-TByte-SSDs Server Storage und bis zu 480 TByte Datenspeicher. Die Netzwerkanbindung erfolgt über zwei 1- oder 10-GBit/s-Verbindungen pro Server. Das Rechenzentrum nutzt OpenStack als Protokollumgebung und lässt sich individuell anpassen. Monitoring und Wartung übernimmt Cloud&Heat. Der Hersteller empfiehlt das System als Edge-Datacenter für größere Provider, Start-ups mit IoT-Blockchain- oder Deep-Learning-Fokus und Unternehmen aller Größenklassen.

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