Gleichstrom im Rechenzentrum

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Einmal umwandeln genügt

© Rittal GmbH & Co. KG

Von Bernd Hanstein, Rittal

Mit Gleichstromkomponenten im Rechenzentrum ergeben sich für Unternehmen neue Potenziale zur Kostenoptimierung. Grundlage hierfür sind die bei den offenen Standards OCP (Open Compute Project) und Open19 verwendete Technologien, die auf den Einsatz von Gleichstrom innerhalb von IT-Racks setzen. Damit gelingt der Aufbau von sehr homogenen und skalierbaren Rechenzentren. Weitere Vorteile sind eine optimierte Energieversorgung über nur noch ein oder zwei zentrale Power Shelves mit n+1-Netzteilen pro Rack, das alle IT-Komponenten im Serverschrank versorgt. Somit wird auch eine effizientere Kühlung erreicht, da weniger Netzteile vorhanden sind. Gleichzeitig vereinfachen sich durch die hohe Standardisierung die Wartung und das Ersatzteilmanagement.

Energieverteilung im Rack

Die beiden Technologien OCP und Open19 verfolgen zwar die gleichen Ziele, unterscheiden sich dennoch voneinander. Die Breite der Schränke ist mit 600 mm identisch, OCP erlaubt jedoch 21-Zoll-Einschübe mit Höheneinheiten von 48 mm, die damit etwas größer als üblich ausfallen. Bei Open19 können traditionelle 19-Zoll-Racks verwendet werden. Die Stromversorgung erfolgt bei beiden Systemen über Gleichstrom: Während es bei Open19 einen speziellen Kabelbaum auf der Rückseite gibt, wird ein OCP-Schrank komplett von vorne bedient. Die Energieverteilung erfolgt hier an der Rückseite des Racks über eine 12-V- bzw. 48-V-Stromleiste mit einer automatischen Kontaktierung, sobald eine IT-Komponente eingeschoben wird. Das erlaubt bei dem OCP-Konzept eine sehr schnelle Montage und einen raschen Austausch einzelner Module. Allerdings: Durch die zentrale Stromleiste lässt sich der Stromverbrauch einzelner Komponenten nicht messen bzw. schalten, während dies bei dem Open19-Kabelbaum weiterhin möglich ist.

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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.

Des Weiteren sollten IT-Verantwortliche auch das Thema Redundanz beachten: Bei traditionellen Anlagen werden Server mit einer A- und B-Stromversorgung für höchste Ausfallsicherheit betrieben. Ist der IT-Schrank nur mit einer zentralen Stromschiene versehen, muss die Redundanz an anderer Stelle erfolgen – so kann man beispielsweise die Gleichrichter über zwei getrennte Stromnetze versorgen.

Die Stromversorgung wird bei beiden Varianten über optional im Schrank integrierte Gleichstrom-USV-Systeme abgesichert. Hier sollten die Betreiber die Brandlast prüfen, da diese über die Fläche des Rechenzentrums hinweg steigt. Ob sich eine zentrale USV oder ein im Schrank integriertes System besser eignet, ergibt sich aus Faktoren wie zum Beispiel der benötigten Ausfallsicherheit, der geplanten Nutzung oder der Qualität des Stromnetzes. Je nach Gegebenheit vor Ort kann es auch sinnvoll sein, ein Gleichstrombackbone im Rechenzentrum zu installieren, anstatt jedes Rack noch mit Wechselstrom zu versorgen. Hier sollte der höhere Aufwand für ein DC-Backbone mit zu erwartenden Effizienzgewinnen durch weniger Wandlungsverluste verrechnet werden.

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Bernd Hanstein ist Hauptabteilungsleiter Produktmanagement IT bei Rittal. Das Unternehmen der inhabergeführten Friedhelm Loh Group mit Sitz im hessischen Herborn ist ein weltweit führender Systemanbieter für Schaltschränke, Stromverteilung, Klimatisierung, IT-Infrastruktur sowie Software und Service. Systemlösungen von Rittal kommen in nahezu allen Branchen, vorwiegend in der Automobilindustrie, in der Energieerzeugung, im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der ITK-Branche zum Einsatz. Zum Leistungsspektrum gehören Infrastrukturlösungen für modulare und energieeffiziente Rechenzentren mit innovativen Sicherheitskonzepten zur physischen Daten- und Systemsicherung.


Rittal GmbH & Co. KG, Auf dem Stützelberg, 35745 Herborn, Tel.: 02772-505-0, info@rittal.de, www.rittal.de

Wann lohnt sich Gleichstrom?

Allgemeingültige Berechnungsgrundlagen, ab wann sich Gleichstrom wirklich rechnet, kann heute kein Anbieter seriös vorlegen. Vielmehr sind individuelle Betrachtungen unter Berücksichtigung von Parametern wie der geplanten Nutzung, dem Standort oder der Energiekosten notwendig. Der Effizienzgewinn, der sich bei Gleichstrom durch weniger Spannungswandler ergibt, liegt erfahrungsgemäß im Schnitt bei rund 5 % des Gesamtstroms. Diese Größenordnung ist deutlich zu gering, um damit ein neues Infrastrukturprojekt zu rechtfertigen. Daher sollten weitere Aspekte in die Berechnung einfließen, etwa eine Optimierung der Kühlsysteme – und spätestens an diesem Punkt wird eine individuelle Analyse notwendig. Wirtschaftlich rentabel wird ein Gleichstromprojekt also insbesondere dann, wenn eine durchgängige DC-Architektur im Rechenzentrum aufgebaut wird, bei der auch die Kühlsysteme einbezogen werden.

Hierzu ein Beispiel für eine effiziente OCP-Anlage: Diese sollte mit einer Warmgangschottung betrieben werden, bei der es voneinander getrennte Zonen für kalte und warme Luft gibt – ein Standardverfahren in vielen Rechenzentren. Zusätzlich gibt es OCP-Racks mit optimierter Thermodynamik im IT-Schrank, sodass eine gleichmäßige Verteilung der von außen zugeführten Kaltluft erfolgt, wodurch die Effizienz der Kühlsysteme steigt. Darüber hinaus erlaubt die Spezifikation der OCP-Hardware eine höhere Eingangstemperatur der Kühlluft von bis zu 30 °C. Die verbesserte Energiebilanz ergibt sich somit aus der Kombination der thermischen, elektrischen und mechanischen Optimierung.

KommRZ2.2018.ID07-fri172003500.jpg Rittal bietet seine OCP-Racks mit 12 V DC und 48 V DC an. Die Racks sind energieeffizient durch Gleichstrom, standardisiert für kürzere Time to Market und skalierbar für flexiblere Anpassungen. Mit dem Open19-Rack hat Rittal eine Gleichstromlösung auf der gängigen 19-Zoll-Rackbasis im Portfolio. Die Anschlüsse werden nicht auf eine zentrale Stromschiene an der Rückseite des Schrankes adaptiert, sondern über einen speziellen Kabelbaum auf der Rückseite mit den Power Shelves verbunden. (Bild: Rittal)

OCP und Open19 im Rennen

Prinzipiell zeigt sich, dass Gleichstromracks insbesondere bei sehr homogenen und großen Installationen verwendet werden, wie sie bei Hyperscale-Cloud-Providern vorkommen. Hier greifen die Skaleneffekte rund um den operativen Betrieb und bei den Energiekosten. Auch für Telekommunikationsanbieter ist diese Architektur sinnvoll, da die bei Gleichstrom genutzten 48 V im Rack bereits bei vielen TK-Systemen verwendet werden.

Beide Standards befinden sich technologisch auf einem ausgereiften Level, der die produktive Nutzung erlaubt. Dennoch arbeiten Hersteller auch weiterhin gemeinsam mit Kunden an der kontinuierlichen Weiterentwicklung ihrer Lösungen, sodass immer wieder neue Produkte am Markt erscheinen. CIOs sollten daher den Markt beobachten und sich regelmäßig über Neuerungen informieren. Ob sich nur ein Standard durchsetzt oder ob sich sogar beide am Markt etablieren, wird letztlich auch von den Herstellern abhängen. Beispielsweise engagiert sich Rittal bei der Entwicklung beider Standards und bietet bereits entsprechende IT-Racks an. Je mehr Lösungsanbieter bei Gleichstrom an einem Strang ziehen, desto günstiger werden die Komponenten, wodurch die Wirtschaftlichkeit eines DC-Datacenters weiter steigt.

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