Dr. Markus Leberecht wird am 16. September in Hamburg auf der „International Conference on Energy-Aware High Performance Computing“ www.ena-hpc.org Resultate aus dem Datacenter2020 präsentieren.

Die Optimierung von Rechenzentrums-Infrastruktur und das energieverbrauchsoptimierte Programmieren sind zwei bedeutsame Praktiken im Bereich der energieeffizienten IT. Dieser Vortrag beschäftigt sich damit, auf welche Weise sich Intel in den beiden genannten Feldern engagiert. Ziel ist jeweils die Senkung des absoluten bzw. relativen Energieverbrauchs, anwendbar sowohl in der geschäftlichen IT wie auch im technisch-wissenschaftlichen Höchstleistungsrechnen.

Die größte Sparte Daten-Infrastrukturlösungen bietet Komponenten für Netzwerke und Rechenzentren. Dazu zählen investitionssichere Produkte wie das Redi-Way-System mit vorkonfektionierten Trunk-Kabel in Kupfer- und Glasfasertechnik, Patchkabel, RJ-45-Module, Verteilerfelder oder Anschlussdosen. In der Kabelkonfektion fertigt WGD Datentechnik Kabel nach Zeichnung und Spezifikation des Kunden.

Im DataCenter 2020 kommen MPK-Slim Trunk-Kabel von WGD Datentechnik zum Einsatz. „WGD Datentechnik ist ein langjähriger Partner in unseren Rechenzentren und erster Ansprechpartner, wenn es um Kupfer-Verkabelungslösungen geht“, erläutert Manuel Mair, Projektleiter für das DataCenter 2020 bei T-Systems. „Die installierten Trunk-Kabel dienen dem Austausch von Informationen zwischen IP-fähigen Geräten und der Gebäudeleittechnik. Insgesamt haben wir im DataCenter 2020 mehr als 1000 Meter dieser Kabel verlegt.“

Hohe Packungsdichte spart Energie ein

Das eingesetzte 6-fach WGD MPK-Slim Trunk-Kabel ist bis 10 Gigabit Ethernet spezifiziert und sorgt beim Datentransfer dank verschiedener Zertifizierungen (u.a. GHMT PVP) für eine hohe Verbindungsqualität. Das Trunk-Kabel von WGD zeichnet sich zudem durch eine hohe Packungsdichte und einen geringen Querschnitt aus. Auf diese Weise spart es im Vergleich zur konventionellen Verkabelung rund 52 Prozent an Platz beim Kabeldurchmesser ein. Das Ergebnis sind kleinere Kabelwege und eine potenziell geringere Brandlast, da weniger brennbares Material vorhanden ist.

Auch für die Energieeffizienz bringt der geringere Platzbedarf Vorteile. „Wegen der hohen Packungsdichte des Kabels bleibt im Server-Schrank mehr Platz für die Kühlung. Da zudem der Luftstrom weniger beeinträchtigt wird und kaum Luftverwirbelungen entstehen, arbeitet die Klimatisierung im Schrank wesentlich effizienter und spart wertvolle Energie ein“, betont Manuel Mair. „Den gleichen Effekt erreichen wir im Doppelboden.“

Wolfgang Gerlach, Vorstand von WGD Datentechnik, freut sich, dass sein Unternehmen mit dem MPK-Slim Trunk-Kabel einen Beitrag zur Energieeffizienz im DataCenter 2020 leisten kann: „Als langjähriger Partner von T-Systems bei der Infrastruktur-Verkabelung war es für uns selbstverständlich, dass wir unsere Slim-Kabel für das Forschungs-Rechenzentrum zur Verfügung stellen. Wir können unsere nur 13,5 Millimeter messende Kabel-Lösung mit sechs kompletten RJ45-Buchsen dort unter verschärften und wechselnden Bedingungen testen und so wertvolle Erkenntnisse für unsere eigene Forschung gewinnen.“

Ein weiterer Vorteil: Das Slim-Kabel ist vorkonfektioniert und somit sofort nach der Anlieferung einsatzbereit. „Das MPK-Slim Trunk-Kabel von WGD ist wieder verwendbar und quasi im Plug & Play-Verfahren sehr einfach zu verlegen“, freut sich Manual Mair von T-Systems. WGD liefert das Kabel in gewünschter Länge (bis 60m bei AWG26 /bis 90m bei AWG23) mit geschützten Steckern und einer optionalen Einzughilfe sowie dem zugehörigen Messprotokoll.

Whitepaper Data Center 2020 (deutsche Version)

„Wir haben bereits mehrere Schaltschränke für die SICLIMAT X-Gebäudeleittechnik von Siemens gebaut. Siemens hat uns dann zum DataCenter 2020-Projekt eingeladen“, sagt Thorsten Jokiel, Leiter der Niederlassung München der JOKIEL GmbH. „Für uns ist es sehr interessant zu sehen, wie T-Systems und seine Partner mit Hilfe neuester Technologien neue Erkenntnisse zur Energieeffizienz im Testcenter gewinnen. Wir wollen mit unseren Schaltschränken einen Beitrag für die Erforschung des Rechenzentrums der Zukunft leisten.“

Der Schaltschrank im DataCenter 2020 ist ein Unikat aus Stahlblech mit 1,60 m Breite und 2 m Höhe. Das Team von JOKIEL benötigte für den Bau des Schranks – der Projektname lautete „T-System EIP Muc Testlabor“ – inklusive Planung, Produktion und Installation rund 250 Mannstunden. Der Schaltschrank sorgt für den physischen Anschluss der Sensoren via Kabel an die Gebäudeleittechnik; diese wertet die Messergebnisse aus und regelt damit das Raumklima. „Der Schaltschrank sollte nicht nur die wichtige Funktion als Bindeglied zwischen technischer Infrastruktur und Gebäudeleittechnik ausfüllen, sondern auch optisch sehr ansprechend sein. Und das ist gut gelungen“, betont Manuel Mair. „Schließlich führen wir viele Besucher durch das DataCenter 2020.“

Gebäudeleitsystem Siclimat X

Das Testlabor von T-Systems ist mit 180 Servern in Racks sowie neuester Energie-, Klima-, Mess- und Regeltechnik ausgestattet. Rund 1800 Datenpunkte erfassen Werte wie Luftfeuchtigkeit, Raumtemperatur, Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abluft, Prozessor-Last oder Lüfter-Drehzahl. Die komplette technische Infrastruktur muss intelligent gesteuert werden. Das heißt: Sinkt beispielsweise die Auslastung der Server, soll automatisch auch die Kühlleistung sinken. „Dies gelingt nur über eine gute Gebäudeleittechnik“, betont Manuel Mair, Projektleiter des DataCenter 2020 bei T-Systems. „Wir arbeiten bereits seit langem mit Siemens zusammen. Die komplette Gebäudeleittechnik unserer Rechenzentren in München Allach und Euro Industriepark stammt von Siemens. Da wir sehr zufrieden sind, liegt es nahe, auch hier im Testlab auf Siclimat X zu setzen.“

Siclimat X ist als modulares Gebäudeleitsystem in Ebenen gegliedert, die eigenständig miteinander kommunizieren. Es besitzt Funktionen und Schnittstellen, um etwa Sicherheits- und Gefahrenmeldesysteme, Instandhaltungssysteme oder automatisierte Elektrotechnik übergeordnet einzubinden. Eine wichtige Komponente ist Simatic S7, die elektronische speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Das Automatisierungssystem basiert auf der Programmiersoftware STEP 7. Sie vereinfacht die Konfiguration der Hardware, Inbetriebnahme, Test und Service sowie Dokumentation und Archivierung.

Intelligente Steuerung des Raumklimas

Siclimat X steuert, regelt und überwacht nicht nur das ganze Raumklima im Rechenzentrum, sondern auch die komplette technische Infrastruktur. Dies ist sehr wichtig, da im DataCenter 2020 während der Tests die Parameter (z.B. Lufttemperatur, Feuchte, Drehzahl der Umluftkühlgeräte, Öffnungsgrad des Kälteventils für den Durchlass von Kühlwasser etc.) ständig verändert werden, um die optimalen Einstellungen für die Energieeffizienz im Rechenzentrum zu ermitteln. Die Parameter legen damit die Vorgaben beziehungsweise Bedingungen fest; das Gebäudeleitsystem Siclimat X regelt und steuert die Kühlung dann so, dass diese Bedingungen genau eingehalten werden.

Manuel Mair, Projektleiter des Datacenter 2020 bei T-Systems, freut sich über die Unterstützung durch die Knürr AG: „Das Unternehmen hat durch Systeme etwa für die „intelligente“ Kaltgangeinhausung bei seinen Kunden bereits Einsparungen von 90 Prozent beim Energieaufwand für Umluftkühlgeräte erzielt. Ich denke, dass uns gemeinsam weitere Fortschritte gelingen, wenn wir ganzheitlich denken und im Rechenzentrum optimale Bedingungen über die gesamte Prozesskette schaffen.“

Intelligente Kaltgangeinhausung

Für den Energiebedarf von Rechenzentren gilt eine Faustregel: Rund 50 Prozent der Energie benötigt die IT-Infrastruktur selbst, also vor allem die Server. Die restlichen 50 Prozent Energieverbrauch fallen für den Betrieb an, sprich die Klimatisierung, USV oder die Beleuchtung. Davon macht die Kaltwassertechnik rund 25 Prozent aus, die Lüftungstechnik etwa 10 bis 15 Prozent. Das heißt: Die Lüftungstechnik hat einen Anteil zwischen sechs und acht Prozent am gesamten Energiebedarf im Rechenzentrum. Durch eine Kaltgangeinhausung mit intelligenter Steuerung über Knürr CoolFlex® gelang es Knürr, 90 Prozent des Energiebedarfs bei seinen Kunden einzusparen, d.h. der Anteil der Gesamtkosten der Lüftungstechnik sank dadurch auf nur noch etwa ein Prozent. „Das klingt unglaublich, lässt sich aber im Labor verifizieren“, betont Stephan Nagel.

Das steckt dahinter: Die Klimatisierung im Rechenzentrum ist effizienter, wenn sich die Kaltluft und die Warmluft nicht vermischen. Mit der Kaltgangeinhausung gelingt die Trennung von Kalt- und Warmzone, da die Kaltluft durch den Doppelboden zur Kühlung direkt an den Server geleitet wird. Allen installierten Servern wird dabei über die gesamte Schrankhöhe eine gleich bleibend kalte Luft zugeführt. Durch die Einhausung hat das übliche Wärmepolster an der Decke des Rechenzentrums keinen Einfluss mehr, und es sind keine Heißluftverwirbelungen mehr möglich. Der Wirkungsgrad der Kühlung wird deshalb erheblich verbessert, die Energiekosten sinken. Zur optimalen Kaltluftversorgung im Kaltgang wird über eine Sensorik ein Regelkreis zu den Raumkühlgeräten hergestellt und somit sichergestellt, dass optimale Kaltluftversorgung bei minimalem Energieaufwand gewährleistet ist. Somit entsteht eine „intelligente“ Kaltgangeinhausung, die die Energieeffizienz rein mechanischer Einhausung bei Weitem übersteigt. „Erst durch die Kommunikation und Regelung des Kaltgangs mit seinen Kühlluftversorgungseinheiten ist es uns gelungen, die Einsparungen auf bis zu 90% des hierfür relevanten Energiebedarfs zurückzuführen.“, so der Vorstandsvorsitzende der Knürr AG, Oliver Gosemann. „In verschiedensten Kundenapplikationen haben wir dies schon eindrucksvoll nachweisen können. Mit unserem Beitrag zum Datacenter 2020 eröffnet sich die Möglichkeit, Energieeffizienzen verschiedenster Lastzustände in einem Rechenzentrum bei unterschiedlicher Produktkonfigurationen zu testen. Dadurch werden künftig die Grenzen der energetischen Einsparung Schritt für Schritt weiter ausgelotet undwir schaffen einen direkten und messbaren Kundennutzen“, ist Gosemann überzeugt.

Wasserkühlung und Stromverteilung

Mit Knürr CoolTherm® stattet Knürr das DataCenter 2020 mit einem wassergekühlten Serverschrank und einer Kühlleistung zwischen 4 und 35 kW aus. Er wird für den Test von High Performance Computing-Leistung verwendet. Weitere Knürr-Komponenten sind diverse Power Distribution Units (PDU) – sprich Steckdosenleisten – zur Stromverteilung. Zum Einsatz kommen derzeit die Basic Rack PDUs zur sicheren Stromversorgung im Schrank sowie die Managed Rack PDUs mit Remote-Kontrolle für die Überwachung von Umgebungsbedingungen. Letztere überwachen elektrische Parameter wie Spannung, Strom, Wirk- und Scheinleistung, Leistungsfaktor sowie akkumulierte Energie- und Verbrauchswerte. Dies geschieht über definierte Grenzwerte und mit Hilfe von Alarm-Tools.

In Kürze folgen noch sogenannte Adaptive Rack PDUs als konfigurierbare, modulare Stromversorgungseinheiten für Serverschränke. Mit ihnen können die Betreiber von Rechenzentren flexibel auf veränderte Bedingungen reagieren und die Verfügbarkeit kritischer Systeme erhöhen. Dies gelingt durch modulare Hot Swap-Komponenten und das umfassende Management aller Aspekte der Stromversorgung inklusive Remote-Kontrolle der relevanten elektrischen Parameter. „Mit unseren neusten adaptiven PDUs erweitern wir die „Intelligenz“ in einem Serverschrank und auch Rechernzentrum um ein Vielfaches. Neben der intelligenten Kühlung wird hier auch eine intelligente Stromverteilung und -versorgung integriert, die nicht nur die Energieeffizienz weiter verbessert sondern auch in Bezug auf die Funktionalität, Verfügbarbeit, Adaptivität und Überwachung eines Rechenzentrums und seiner Infrastrukturkomponenten neue Maßstäbe setzt“, so der Vorstandsvorsitzende Herr Gosemann.

„Wir arbeiten bereits seit 2004 im Rechenzentrum Euro Industriepark München mit T-Systems intensiv und sehr gut im Bereich Energieverteilung zusammen“, erklärt Torsten Schulz, Vertriebsleiter der Hager Vertriebsgesellschaft Deutschland. „Die Forschungsergebnisse des DataCenter 2020 sind für uns sehr interessant. Wir nutzen sie, um unsere Produkte an die Anforderungen moderner Rechenzentren anzupassen.“

Energieverteilungssystem

Mit Univers N bietet Hager ein flexibles Innenausbausystem für die Energieverteilung. Im DataCenter 2020 sind ein Hauptverteilungs-Schrank sowie ein damit verknüpfter Unterverteilungs-Schrank zur sicheren Verteilung des Stroms vom zentralen Eingang bis hin zu den einzelnen Servern im Einsatz. In den Schränken selbst stecken diverse Komponenten wie Steckbrücken, Reihenklemmen, Adapter etc.

„Jeder Schrank unseres langjährigen Partners Hager ist ein Unikat und damit genau nach unseren Vorgaben aufgebaut mit Einspeiseschalter, Extra-Überwachung, einer genau definierten Zahl von Abgängen und vielem mehr“, erläutert Manuel Mair, Projektleiter für das DataCenter 2020 bei T-Systems. „Sehr wichtig ist uns die hohe Qualität, mit der Hager seine Produkte herstellt. Denn im zentralen Verteilerpunkt darf keine Störung auftreten, jede einzelne Komponente muss aus gutem Material sein, damit keine Probleme entstehen.“ Eine Störung im Verteilersystem kann durchaus zum Ausfall der IT-Hardware führen. Die hochwertigen Komponenten der universe-N-Serie von Hager tragen damit zur Hochverfügbarkeit im Rechenzentrum bei.

Integrierte Steuerung mit Touch Panel

Neben Univers N setzt T-Systems im DataCenter 2020 eine Reihe von Energieverteiler-Komponenten ein, die über das tebis KNX Touch Panel PC von Hager gesteuert werden. „Das ist sehr anwenderfreundlich und komfortabel. Denn über das zentrale Touch-Panel können wir viele Funktionen wie Lichtschalter, Jalousien, Rauchgenerator oder die Leckage-Platten mit einem einzigen Tool bedienen“, sagt Manuel Mair.

Zur Erläuterung: Die Energieverteiler-Komponenten basieren auf dem Europäischen Installationsbus (EIB), einem Standard nach EN 50090, in der aktuellen Version als KNX-Standard auch nach ISO/IEC 14543-3. Er beschreibt, wie bei einer Installation Sensoren (Taster, Dimmer, Jalousieschalter, Helligkeits- und Temperaturfühler etc.) und Aktoren (Relais, Lichtsteuergeräte, Jalousiemotoren etc.) über eine zweiadrige Busleitung in einem Gebäude miteinander verbunden werden. Mittels EIB lassen sich beispielsweise Beleuchtung, Heizung, Klima, Lüftung oder Alarm integriert zusammenschalten.

Im DataCenter 2020 erfolgt die zentrale Steuerung und Bedienung durch den oben erwähnten tebis KNX Touch Panel PC, den es mit 8- und 15-Zoll-Monitor gibt. Neben dem KNX-Anschluss stehen Ethernet-, USB-Anschlüsse sowie eine DVI- und eine PS2-Schnittstelle zur Verfügung. Damit kann der Anwender mit dem Panel nicht nur per Fingerdruck sämtliche KNX-Funktionen von der Beleuchtung über die Heizung bis hin zu Jalousien steuern, sondern auch alle Möglichkeiten der modernen Multimediatechnik nutzen.

Absehbares Faktum ist, dass sich der Energieverbrauch für IT in Zukunft weiter erhöhen wird. Neben der Wirtschaftlichkeit spielen in diesem Zusammenhang auch Fragen der Sicherheit, Verfügbarkeit und Ökologie eine bedeutende Rolle. Die Zielsetzung für das DataCenter 2020 geht von der Annahme aus, dass 50 % Energie für die Klimatisierung und 80 % CO2 eingespart werden können.

Genau hier setzt die Partnerschaft von T-Systems und Intel an. Im Testrechenzentrum wenden wir Technologien der Zukunft an. Der Energieverbrauch wird beispielsweise durch gezielte Klimatisierung der Server erheblich reduziert. Dabei wird die intelligente Integration der Rechner in die Gebäudeinfrastruktur genauso berücksichtigt, wie der Einsatz regenerativer Energien.

Erfahren Sie mehr über die Testergebnisse im Webcast:

Diane M. Bryant, Chief Information Officer der Intel Corporation und Olaf Heyden, Mitglied der Geschäftsführung und Leiter ICT Operations, T-Systems.

Auf der CeBIT haben Intel und T-Systems die ersten Ergebnisse vom grünen Forschungsrechenzentrum DataCenter 2020 vorgestellt.

Die Unternehmen konnten den PUE (Power Usage Effectiveness)-Wert im Münchener Testrechenzentrum von 1,9 auf unter 1,4 senken. Der Wert misst, wie viel eingesetzte Energie tatsächlich in Rechenleistung umgesetzt wird. Da neben den Prozessoren beispielsweise auch die Kühlung der Server Energie verbraucht, liegt dieser Wert derzeit bei durchschnittlich 1,9.

Grüner ist besser

Seit September 2009 forschen die beiden Unternehmen in dem extra für diese Zwecke eingerichteten Forschungsrechenzentrum DataCenter 2020. Um den PUE-Wert zu senken, experimentierten die Experten von Intel und T-Systems mit unterschiedlichen Szenarien. So stellten sie beispielsweise fest, an welchem Punkt ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kühlleistung und Auslastung der Prozessorkapazität besteht. Das Ergebnis: Die Kühlung des Rechenzentrums muss nicht so hoch sein, wie oftmals vermutet wird. Auch verbesserten die Experten die Infrastruktur des Rechenzentrums, indem sie beispielsweise die Freiräume zwischen den Servern schlossen. So konnten sie die Luftströmung in den Serverräumen optimieren.
Der Energieverbrauch eines Rechenzentrums lässt sich demnach mit teilweise einfachen Verfahren senken. Und das ist nicht nur besser für die Unternehmenskasse, sondern auch für die Umwelt. Die kompletten Ergebnisse stehen in Kürze auf dieser Seite zur Verfügung.

Eltek Valere ist ein langjähriger Partner von T-Systems. „Die Vorgängerfirma Voigt & Haeffner GmbH hat die meisten Telekom-Standorte mit Gleichspannungsprodukten ausgerüstet. Eine Zusammenarbeit im DataCenter 2020 lag also nahe“, betont Manuel Mair, Projektleiter DataCenter 2020 bei T-Systems.

Gleichspannung mit FlatPack 2 HE

Der Gleichrichter FlatPack 2 HE (High Efficiency) von Eltek Valere wandelt den Wechselstrom aus dem öffentlichen Netz (Spannung 230 Volt) in 48 Volt Gleichspannung um. Im DataCenter 2020 wird unter anderen ein Versuch  mit einem speziellen Serverrack durchgeführt, das mit 48 Volt-Gleichspannung betrieben wird. „Wir vergleichen dieses Serverrack mit einem exakt gleich bestückten Rack, das wir mit Wechselspannung versorgen. Daraus können wir Schlüsse auf die Energieeffizienz der jeweiligen Systeme ziehen“, erklärt Manuel Mair.

FlatPack 2 HE ist Teil der High Efficiency-Produktlinie von Eltek Valere mit einem Wirkungsgrad von über 96 Prozent. Zum Vergleich: Standard-Gleichrichter haben einen Wirkungsgrad von maximal etwa 92 Prozent, d.h. Eltek Valere halbiert mit FlatPack 2 HE die Verlustleistung. „Der Wirkungsgrad von 96 Prozent geht über ein breites Spektrum von 20 Prozent bis 100 Prozent Auslastung bei den Servern im Rechenzentrum“, sagt Jörg Böhme. „Wegen dieser sehr hohen Effizienz amortisieren sich die Zusatzinvestitionen unserer Kunden meistens bereits nach sechs Monaten, das heißt die eingesparten Kilowattstunden Strom gleichen den Mehrpreis für die High Efficiency-Anlage bereits nach sechs Monaten aus.“

Modulares USV-System Active Module Power AMP

Eine wesentliche Anforderung im Rechenzentrum ist Hochverfügbarkeit. Damit nach einem Stromausfall nicht der Betrieb still steht und unnötig Kosten entstehen, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) obligatorisch. Im DataCenter 2020 wird dafür mit Active Module Power AMP von Eltek Valere gesorgt. Das System wandelt zunächst die eingehende Wechselspannung in Gleichspannung um. Mit dem Gleichstrom wird dann eine zwischengeschaltete Batterie betrieben bzw. geladen, welche die unterbrechungsfreie Stromversorgung garantiert, falls dass öffentliche Stromnetz ausfällt. Anschließend wird der Gleichstrom erneut in Wechselspannung umgewandelt (Double Conversion bzw. Doppelwandlungstechnik). Die Wechselspannung am Ende ist stabiler und damit von höherer Qualität als die Eingangsspannung, so dass damit die Verfügbarkeit im DataCenter 2020 weiter erhöht wird.

Durch den modularen Aufbau lässt sich Active Module Power AMP beliebig erweitern. Es gilt dabei das Prinzip „Pay as you grow“: Der Kunde bezahlt nur für diejenigen Module, die er gerade braucht, und kann seine USV-Infrastruktur individuell je nach Anforderung durch den Hot Plug-Einschub weiterer Module beliebig erweitern. Ein Fernüberwachungs- und Managementsystem unterstützt die hohe Verfügbarkeit der Stromversorgung.

Diese modulare USV-Technik ist bislang in Rechenzentren noch nicht üblich. „Daher wollen wir im DataCenter 2020 herausfinden, wie sich modulare Systeme dieser USV-Leistungsklasse von 250 KW im Rechenzentrum unter Stressbedingungen bewähren“, so Projektleiter Manuel Mair. Kriterien sind Inbetriebnahme, Anbindung an die Leittechnik und Steuerung.