Auf einen Blick: Die Kühlung von Rechenzentren ist entscheidend für die Optimierung der Serverleistung und Nachhaltigkeit, indem sie Wärme effektiv verwaltet. Sie steigert die Energieeffizienz, reduziert die Umweltbelastung und gewährleistet die Verfügbarkeit der Server.
- Kühllösungen verlängern die Lebensdauer der Technologie und verbessern die Betriebseffizienz.
- KI-Technologien können Kühlsysteme für bessere Energieeinsparungen optimieren.
Das Rückgrat jedes einzelnen digitalen Dienstes ist ein riesiges Netzwerk von Servern und Rechenressourcen, die die für Geschäftsabläufe notwendige Leistung und Verfügbarkeit liefern – und hoffentlich die Kunden- und Endnutzererfahrung kontinuierlich verbessern. Diese Ressourcen sind verantwortlich für...
- Durchführung von Suchanfragen
- Datenübertragung
- Bereitstellung von Rechendienstleistungen
… Für Millionen von Nutzern zu jedem beliebigen Zeitpunkt, auf der ganzen Welt. Nehmen Sie nun all diese Server und betrachten Sie die Energie und Wärme, die sie erzeugen. Jeder, der Spiele auf einem Laptop, Desktop oder einer Spieleplattform spielt, weiß, wie heiß die Geräte werden. Auf dem Höhepunkt der Geschäftswelt, mit Serverräumen, die mit Gängen voller Computergeräte gefüllt sind, ist dieses Problem erheblich. Server kühl zu halten ist wichtig, besonders für Unternehmen in Unternehmensgröße – aber es hat auch erhebliche negative Auswirkungen auf die Erde. In diesem Artikel werfen wir also einen Blick auf die Kühlung von Rechenzentren und wie Unternehmen einfache Praktiken und moderne Technologien nutzen können, um die Kühlung von Rechenzentren nachhaltiger zu machen.
Was ist Rechenzentrumskühlung?
Die Kühlung von Rechenzentren ist genau das, wonach es klingt: die Temperaturkontrolle in Rechenzentren zur Wärmereduzierung. Das Versäumnis, die Wärme und den Luftstrom in einem Rechenzentrum zu steuern, kann katastrophale Auswirkungen auf ein Unternehmen haben. Nicht nur wird die Energieeffizienz erheblich verringert – es werden viele Ressourcen für die Temperatursenkung aufgegeben –, sondern das Risiko einer Überhitzung von Servern steigt rasch. Das Kühlsystem in einem modernen Rechenzentrum reguliert mehrere Parameter, um den Wärme- und Kühlfluss zu steuern, um maximale Effizienz zu erreichen. Diese Parameter umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:
- Temperaturen
- Kühlleistung
- Energieverbrauch
- Eigenschaften des Kühlflüssigkeitsflusses
Alle Komponenten des Rechenzentrums-Kühlsystems sind miteinander verbunden und beeinflussen die Gesamteffizienz des Kühlsystems. Unabhängig davon, wie Sie Ihr Rechenzentrum oder Ihren Serverraum einrichten, ist Kühlung notwendig, um ein funktionierendes Rechenzentrum zu schaffen, das Ihr Unternehmen betreiben kann. (Entdecken Sie Best Practices für Rechenzentrumsmigrationen und Infrastrukturmanagement.)
Ist Rechenzentrumskühlung notwendig?
Ja – aber vielleicht in geringerem Maße, als wir lange geglaubt haben. Die allgemeine Faustregel war, sicherzustellen, dass die Umgebungstemperatur eines ganzen Raumes bei 18 Grad Celsius stabilisiert. Aber das ist unnötig niedrig, wie Sentry Software erklärt:
Es wurde bewiesen, dass Computersysteme problemlos mit einer deutlich höheren Umgebungstemperatur arbeiten können... Dies ist die schnellste und günstigste Methode, um den Energieverbrauch eines Rechenzentrums zu reduzieren und seine P.U.E. [Power Utilization Effectiveness] zu verbessern.
Das oft zitierte Beispiel ist Google, das erfolgreich die Temperatur seiner Rechenzentren auf 26,7 °C (80° Fahrenheit) angehoben hat. Später sprechen wir noch mehr über die berühmte Google-Fallstudie. Rechenzentrummanager sollten verstehen, wie das Versäumnis, eine effektive Kühltechnologie in einem Serverraum einzusetzen, schnell zu Überhitzung führen kann. Schlecht konfigurierte Kühlung könnte die falsche Art von Serverkühlung in Ihr Zentrum bringen (zum Beispiel Bottom-up-Fliesenkühlung bei modernen Servern mit Back-Front-konfigurierten Servern). Dies würde wiederum zu einer ernsthaften Überhitzung führen, ein Risiko, das kein Unternehmen freiwillig eingehen sollte.
Vorteile der Rechenzentrumskühlung
Die geschäftlichen Vorteile der Rechenzentrumskühlung sind überdeutlich.
Sicherte Server-Uptime
Geeignete Rechenzentrum-Kühltechnologien ermöglichen es Servern, länger online zu bleiben. Überhitzung kann in einer professionellen Umgebung mit über 99,99 % Betriebszeit katastrophal sein, sodass jeder Ausfall auf Serverebene Auswirkungen auf Ihr Unternehmen und Ihre Kunden haben kann.
Höhere Effizienz im Rechenzentrum
Daten reisen in kühleren Serverräumen nicht schneller, aber viel schneller, als wenn sie über einen abgestürzten Server reisen würden! Da Rechenzentren schnell Hotspots entwickeln können (unabhängig davon, ob der Rechenzentrumsmanager einen kalten Gang oder einen heißen Gang vorgesehen hat), muss die Entwicklung neuer Lösungen für die Kühlung effizient und einfach spontan erfolgen. Das bedeutet, dass nur leicht anpassbare Flüssigkeitskühltechnologien oder Luftkühlsysteme verwendet werden, die die Nutzung kalter Luft leicht verändern können. Insgesamt ermöglicht dies eine höhere Effizienz beim Skalieren eines Rechenzentrums.
Längere Lebensdauer Ihrer Technologie
Computer, die ständig überhitzen und kurz davor sind, ausfallen, bevor sie ihr erwartetes Lebensende (EOL) erreichen. Aus diesem Grund zahlen sich die Kosten für Kühlsysteme in einem Rechenzentrum schnell aus. Die Einführung von Rechenzentrums-Kühltechnologien ermöglicht es, dass ein Gerät länger überlebt und ein Unternehmen weniger für den Austausch von Infrastruktur ausgibt. Unternehmen sollten sich auf umweltfreundlichere IT-Lösungen zubewegen und nicht aktiv Industrieabfälle erzeugen. (Erfahren Sie mehr über die Modernisierung des Großrechners und Ihrer Software.)
Nachteile der Rechenzentrumskühlung
Obwohl die Kühlung von Rechenzentren für den Geschäftserfolg entscheidend ist, hat sie einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis – und auf den Planeten Erde.
Die Kosten können unerschwinglich sein
Rechenzentrumskühlung ist teuer: Es wird so viel Energie benötigt, um allein die Server und Rechenzentren zu betreiben. Sie investieren zusätzliche Energie, um die Wärme dieser Systeme zu reduzieren. Für kleine Unternehmen sind hochmoderne Kühlsysteme einfach nicht möglich. Teure HLK-Systeme und komplexe Wasserkühlsysteme, die speziell für die Temperaturkontrolle von Rechenzentren entwickelt wurden, können weit mehr kosten als sich KMU leisten können. Das bedeutet jedoch nicht, dass KMU-Rechenzentren ausfallen müssen. Einfache Lösungen wie das Blenden von Panels können genutzt werden, um den einfachen Luftstrom von kalter Luft im Serverraum zu fördern. Ebenso können organisierte Kabel (also kein Kabel-Albtraum für IT-Techniker) auch für einen besseren Luftstrom sorgen.
Schwere Auswirkungen auf den Planeten
Bis zu 50 % des gesamten Stromverbrauchs in einem Rechenzentrum werden für Kühltechnologien verwendet. Große Unternehmen steuern alle darauf hin, ihren CO₂-Fußabdruck zu verringern, was bedeutet, dass Kühltechnologien entweder verändert werden müssen – oder wegfallen. Laut der Global e-Sustainability Initiative (GESI) in ihrem Smarter 2030-Bericht umfasst die digitale Welt heute, genau in diesem Moment, Folgendes:
- 34 Milliarden Geräte
- Mehr als 4 Milliarden Nutzer
Mit den Netzwerkinfrastrukturen und Rechenzentren, die mit diesen Milliarden und Abermilliarden verbunden sind, ist unsere digitale Welt für 2,3 % der globalen Treibhausgasemissionen (THG) verantwortlich. Rechenzentren selbst machen 1 % des weltweiten Stromverbrauchs und 0,5 % der CO2-Emissionen aus. Und die Wissenschaft erkennt an, dass eine deutliche Reduzierung der THG-Emissionen eine Verpflichtung ist, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verlangsamen und umzukehren. Als globales Kollektiv müssen Technologieunternehmen zusammenarbeiten, um den Energieverbrauch zu senken. Deshalb sehen wir immer mehr Unternehmen aller Art ihre Pläne zur Reduzierung der THG-Emissionen ankündigen – und viele von ihnen setzen auf Kühlung von Rechenzentren mit einem neuen Ansatz.
Wie man Rechenzentren kühlt
Auch wenn der Aufbau eines vollständigen Rechenzentrums-Kühlsystems eine entmutigende Aufgabe erscheinen mag, ist es ein notwendiger Schritt. Alle Serverräume müssen über die ausreichende Anzahl an Kühlsystemen verfügen, die die Technologie erfordert. In der Hochleistungswelt, in der wir leben, kann das Versäumnis, einen notwendigen Wasserkreislauf zu installieren, ernsthafte Probleme verursachen; ein Mangel an ständig kühlerer Luft in den Rechenzentren führt zu Ausfällen – also installieren Sie alles von Anfang an! Viele spezialisierte Organisationen arbeiten mit Rechenzentren zusammen, um die notwendigen Kühllösungen richtig zu identifizieren, die Technologie zu installieren und die Ausrüstung des Rechenzentrums von der Installation bis zur Schlussphase zu verwalten. Eines in Ihrer Region zu finden, ist die beste Entscheidung für ein IT-Team, das keine Erfahrung in der Konfiguration von Kühlsystemen in Rechenzentren hat.
Wie Kühlung funktioniert: Wärme abziehen
Um die optimale Leistung der Recheninfrastruktur aufrechtzuerhalten, muss das Rechenzentrum eine optimale Raum- und Server-Hardwaretemperatur einhalten. Das Kühlsystem entzieht im Wesentlichen Wärme von Rechenzentrumsgeräten und deren umgebender Umgebung. Kühle Luft oder Flüssigkeiten ersetzen die Wärme, um die Temperatur der Hardware zu senken.
Rechenzentrum-Kühltechniken
Die Kühlung von Rechenzentren ist ein Balanceakt, bei dem die dafür zuständigen IT-Techniker eine Reihe von Faktoren berücksichtigen müssen. Unter vielen sind einige der gebräuchlichsten Methoden zur Steuerung der Computerraumluft:
- Flüssigkeitskühlung nutzt die Verwendung von Wasser zur Kühlung der Server. Der Einsatz eines Computer Room Air Handler (CRAH) ist eine beliebte Methode, um Flüssigkeitskühlung und Luftkühlung zu kombinieren, aber neue Technologien wie Microsofts "Kochwasserkühlung" werden zur Kühlung von Rechenzentrumservern und zur Förderung der Verdunstungskühltechnologie eingesetzt.
- Die Luftkühlung verwendet verschiedene Computer Room Air Conditioner (CRAC)-Technologien, um östliche Wege zu schaffen, damit heiße Luft den IT-Bereich verlässt.
- Erhöhte Bodenplattformen schaffen einen gekühlten Raum unter der erhöhten Plattform, in dem ein CRAH oder CRAC die Wärme über gekühlte Wasserkühler und andere Technologien leiten kann, die Kühlgänge unter den Servern schaffen.
- Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsregelungen, wie eine Heizungs- und Klimaanlage, die die Kühlinfrastruktur steuert, sowie andere Technologien bieten Klimaanlagenfunktionen.
- Die Steuerung durch die Eindämmung von heißen und kalten Gängen ermöglicht es, dass heiße Gänge durch den Serverraum in kalte Gänge einspeisen. Richtiger Luftstrom, die Verwendung eines erhöhten Bodens und andere Kühltechniken wie Flüssigkeitskühlung oder HLK-Kühllösungen werden durch heiße und kalte Gänge innerhalb eines Rechenzentrums unterstützt.
Obwohl diese Techniken für Unternehmen notwendig sind, erfordern sie erheblichen Energieaufwand.
Nutzung von KI und neuronalen Netzen
Erhebliche Verbesserungen bei Kühlsystemtechnologien im letzten Jahrzehnt haben es Unternehmen ermöglicht, die Effizienz zu steigern, doch das Tempo der Verbesserungen hat sich in letzter Zeit verlangsamt. Anstatt jedoch regelmäßig in neue Kühltechnologien zu investieren, um abnehmende Erträge zu erzielen, können Sie nun künstliche Intelligenz (KI) implementieren, um die Kühloperationen der Rechenzentrumsinfrastruktur effizient zu steuern. Traditionelle Ingenieuransätze haben Schwierigkeiten, mit den schnellen Geschäftsanforderungen Schritt zu halten. Was Ihnen vor einem Jahrzehnt in Bezug auf Temperaturkontrolle und Energieverbrauch geholfen hat, reicht heute wahrscheinlich nicht mehr aus – und KI kann helfen, diese komplexen Wechselwirkungen genau zu modellieren.
Wie KI die Kühlung verbessert
Googles Implementierung von KI zur Bewältigung dieser Herausforderung beinhaltet den Einsatz neuronaler Netze, einer Methodik, die kognitives Verhalten zeigt, um Muster zwischen komplexen Eingabe- und Ausgabeparametern zu erkennen. Beispielsweise kann eine kleine Veränderung der Umgebungstemperatur erhebliche Schwankungen des kühlen Luftstroms zwischen Servergängen erfordern, aber der Prozess erfüllt möglicherweise nicht Sicherheits- und Effizienzanforderungen bei bestimmten Komponenten. Diese Beziehung kann weitgehend Unknown, unvorhersehbar sein und sich für jedes manuelle oder von Menschen überwachte Steuerungssystem nicht linear verhalten, um es effektiv zu erkennen und entgegenzuwirken. Organisationen können heute Rechenzentren mit IoT-Sensoren ausstatten, die Echtzeitinformationen zu verschiedenen Komponenten, Serverlasten, Stromverbrauch und Umgebungsbedingungen liefern. Das neuronale Netzwerk übernimmt die momentanen, durchschnittlichen, Gesamt- oder Metavariablenwerte dieser Sensoren, um sie mit dem neuronalen Netzwerk zu verarbeiten. Google hat diesen Ansatz in den 2010er Jahren eingeführt, und heute setzen immer mehr Organisationen KI ein, um notwendige IT-Abläufe zu unterstützen. (Erfahren Sie mehr über AIOps.)
Fallstudie: Google-Datenzentrum
Googles Implementierung des neuronalen Netzwerks reduzierte den Fehler auf 0,004 Power Utilization Effectiveness (PUE) bzw. 0,34–0,37 Prozent des PUE-Werts. Der Fehlerprozentsatz wird voraussichtlich weiter sinken, wenn das neuronale Netzwerk neue Datensätze verarbeitet und die Ergebnisse mit dem tatsächlichen Systemverhalten validiert. Diese Zahlen bedeuten eine Energieeinsparung von 40 % für das Rechenzentrum-Kühlsystem.
Das untenstehende Diagramm zeigt, wie die Neuralnetz-Implementierung im Laufe der Jahre Verbesserungen im PUE-Bereich erzielt hat. Da diese Ergebnisse aus mehreren Rechenzentren unter unterschiedlichen Umwelt- und technischen Bedingungen aggregiert werden, verspricht die optimale Implementierung des maschinellen Lernalgorithmus noch bessere Verbesserungen im Vergleich zu traditionellen Steuerungssystemimplementierungen.
Der neuronale Netzwerkalgorithmus ist eine von vielen Methoden, die Internetunternehmen wie Google möglicherweise für Rechenzentrumskühlanwendungen implementiert haben.
Verwandte Literatur
Leitfaden für nachhaltige IT
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