Strom, Klima, Fläche: Rechenzentren am Limit

Die Zahlen sind alarmierend. Jedes zweite Unternehmen (48 Prozent) rechnet damit, in den kommenden sechs bis zwölf Monaten an die Kapazitätsgrenzen seiner Rechenzentren zu geraten. Diesen Wert ermittelte der Speicherherstellers Onstor in einer aktuellen Umfrage bei 440 europäischen Unternehmen. 58 Prozent der Befragten gaben sogar an, dass bei ihnen bereits plötzliche Speicher-, Platz-, Strom- und Kühlprobleme aufgetreten seien.

"Erst der Strom, dann die Klimatechnik und dann der Platz", beschreibt Peter Dümig, Product Manager Server bei Dell, die Reihenfolge der Engpässe in deutschen Rechenzentren. Sein erster Rat bei Kapazitätsproblemen, der aber auch im Normalbetrieb angebracht ist: IT-Verantwortliche sollten den Applikationsbestand regelmäßig kritisch durchforsten und sich von der einen oder anderen "Altlast" trennen. Nicht selten werde "ein Drittel aller Anwendungen nicht mehr benötigt, aber immer noch gepflegt und am Leben gehalten", so Dümig.

Bessere Auslastung mit Virtualisierung

Die Hosting-Anbieter, technologisch sicher die Speerspitze der deutschen Rechenzentrumsbetreiber, singen gerne das Hohelied der Virtualisierung, wenn es darum geht, die Leistungsdichte und Hardwareauslastung in ihren Server-Racks zu steigern. Denn sie wissen, dass ohne Virtualisierung die meisten Server im Durchschnitt kaum zu mehr als zehn Prozent ausgelastet sind. Web-Hoster, die eine Vielzahl gleicher Anwendungen betreiben, schwören dabei auf Betriebssystem-Virtualisierung mit "Swsoft Virtuozzo" oder auf "Sun Solaris Containers". Die genannten Produkte virtualisieren den Zugriff auf das Host-Betriebssystem und bieten den Anwendern garantierte Ressourcen – auch Container genannt - innerhalb ihrer virtuellen Umgebungen.

Einen anderen Weg beschreiten "VMware ESX", "Microsoft Virtual Server" und "Xen", die den Zugriff auf die Hardware virtualisieren. Dabei arbeitet sowohl der Host als auch jeder Gast mit einem eigenen, unabhängigen Betriebssystem. Wird jeweils nur ein einziges Betriebssystem – Windows oder Linux – auf einem physikalischen Server benötigt, so ist die Betriebssystem-Virtualisierung klar im Vorteil, da sie im Vergleich zur Hardwarevirtualisierung weitaus weniger Ressourcen "frisst". Siehe auch den Computerwoche-Beitrag zu "Xen Enterprise 4.0".

Dell-Manager Dümig weiß, dass sich Virtualisierung "eigentlich in fast allen Bereichen einsetzen lässt, am einfachsten ist es aber bei all den Infrastrukturaufgaben, wie DHCP, DNS, Active Directory, System Management und Virenschutz-Servern." Bei einer Server-Konsolidierung sollten jedoch zwingend auch das Patch- und System-Management sowie das Backup angepasst werden, erklärt der Praktiker. "Mit Virtualisierung können wir die Auslastung unserer Server von 15 bis 20 Prozent auf rund 60 bis 70 Prozent erhöhen - bei gleich bleibender Performance für den Nutzer der Applikation", beschreibt Patrick Pulvermüller, verantwortlicher Geschäftsführer für den Rechenzentrumsbetrieb bei Host Europe die Vorteile.

Aus alt mach neu

Laut den Marktforschern von IDC verschlingt ein Durchschnitts-Server heute 400 Watt - viermal so viel wie noch vor zehn Jahren. Gleichzeitig hat sich die Server-Dichte von sieben auf 14 Server pro Rack verdoppelt. Keine Frage: Neue Server sind deutlich leistungsfähiger und gerade im Zusammenspiel mit Virtualisierung können mit neuer Hardware deutlich mehr virtuelle Maschinen oder Container auf weniger Rechnern betrieben werden. Dadurch bieten neue Server nicht nur eine leichtere Verwaltbarkeit und höhere Zuverlässigkeit, sondern eben auch mehr Performance pro Watt. "Neue Hardware gibt nur Sinn in Kombination mit Virtualisierung, dann aber lohnt sie sich richtig", glaubt Pulvermüller.

Es gehört zu den Binsenweisheiten im Rechenzentrumsbetrieb: Jedes Kilowatt Strom, das die Server und Netzteile verbrauchen und in Wärme umwandeln, muss auch wieder teuer und energieintensiv über die Klimaanlage abtransportiert werden. Daher lohnen sich Investitionen in energiesparende Server, die ihrerseits wiederum energieoptimierte Prozessoren, Netzteile, Festplatten und Lüfter enthalten, besonders. Die Hardwareanbieter ihrerseits haben die Not der Rechenzentrumsbetreiber erkannt und setzen stark auf die Marketing-Karte "Green IT" – wohl wissend, dass der Verbraucher gerne geneigt ist, in mehr Leistung pro Watt zu investieren, wenn dadurch nur ein aufwändiger Ausbau der Stromversorgung und der Klimaanage hinausgeschoben oder gar vermieden werden kann. Effiziente Hardware, sparsamer Code

Die aktuellen Core-2-Duo-Prozessoren von Intel nehmen laut Hersteller rund 40 Prozent weniger Strom auf als die Vorgänger. Die neuen Hi-K-Metal-Gate-Prozessoren mit 45 Nanometer breiten Leiterbahnen, die zum Jahresende auf den Markt kommen, sollen "etwa 30 Prozent weniger Schaltstrom benötigen, eine mehr als 20 Prozent höhere Schaltgeschwindigkeit erlauben oder fünfmal weniger Leckströme verursachen", verspricht Intel.

Zweischneidiges Blade

IBM preist seine Blade-Server nicht nur wegen der kompakten Bauweise, sondern auch wegen des optimierten Stromverbrauchs. Wenn der Energieverbrauch bei maximaler Auslastung als Vergleichsbasis herangezogen wird, liegen die Einsparungen gegenüber traditionellen Architekturen bei bis zu 18 Prozent für Blade-Server mit AMD-"Opteron" und bis zu 13 Prozent bei den auf Intel-"Xeon" basierenden Systemen. Wichtige Neuerungen in der Blade-Architektur sind die gemeinsam genutzte Stromversorgung mit energieeffizienten Netzteilen, um Spitzenleistung auch unter Niedrigstrombedingungen zu erzielen.

Vor allem in größeren Rechenzentren gewinnen Blade-Server aber keine Freunde: Zu hoch ist die punktuell entstehende Abwärme, die sich nur mit erhöhtem Aufwand bei der Klimatisierung abführen lässt. Der größte deutsche Webhoster 1&1 setzt schon seit mehreren Jahren ausschließlich kostensparende AMD-Prozessoren und besonders effiziente 80+-Netzteile ein.

Die Shared-Hosting-Plattform hat der Karlsruher Internet-Dienstleister in Eigenregie entwickelt. "Wir haben ein Debian Linux so modifiziert, dass wir auf einem Server im Extremfall über 10 000 Kunden unterbringen können", erklärt Achim Weiss, Vorstand Technik und Entwicklung bei 1&1: "Das schafft kein herkömmliches Betriebssystem, und das spart natürlich immens Strom." Auch normale Schwankungen des Energiebedarfs der Server von rund fünf Prozent im Tagesverlauf nutzt 1&1. So werden Systemprozesse wie Backups verstärkt in den lastschwachen Nachtstunden betrieben.

Ausreichend Strom vorhanden?

Selbst relativ junge Rechenzentren stoßen heute mit ihrer Stromversorgung an Grenzen. Host Europe beispielsweise hat vor dem Jahr 2000 seine Rechenzentren mit einem Verbrauch von 600 bis 1000 Watt je Quadratmeter Stellfläche gebaut. Für das in diesem Jahr in Köln in Betrieb genommene Rechenzentrum wurde dieser Wert auf 1700 Watt erhöht.

Wer nachrüsten will oder muss, für den kann es teuer werden: Die Elektrizitätswerke lassen sich den Ausbau der Hauseinspeisung mit rund 100 Euro je Kilowatt bezahlen, vorausgesetzt, die zusätzliche Versorgung ist durch das bestehende Netz überhaupt möglich.

Auch die Stromversorgung selbst kann versteckte Stromfresser durchfüttern. Da sind zum einen billige oder veraltete Netzteile mit Wirkungsgraden von 70 bis 75 Prozent, die schleunigst durch neue Netzteile mit Wirkungsgraden von 80 bis 85 Prozent zu ersetzen sind. Die moderne Deltawandler-Technik verliert rund 60 Prozent weniger Energie als die ältere Doppelwandler-Technik. Auch ein Blick auf die Dimensionierung der USV-Anlagen kann sich lohnen: Je geringer die Auslastung, um so niedriger auch die Effizienz.

Sparpotenzial Klimaanlage

Immerhin, mit ausreichend Strom lässt sich dann auch der meist parallel auftretende Engpass bei der Klimatisierungsleistung relativ schnell beheben. Insbesondere veraltete Klimatechnik bietet ein enormes Sparpozntial, da die meisten Rechenzentren weiterhin nach dem Prinzip der Gesamtkühlung arbeiten. "Man kühlt besser die Wände, nicht nur die Rechner", meint 1&1-Manager Weiss.

Die Klimatisierungstechnik selbst bietet durch eine Reihe neuer Verfahren erhebliche Potenziale zur Effizienzsteigerung. Bereits die richtige Position der Klimaschränke im Rechenzentrum kann beachtliche Effekte haben. Überaus wirkungsvoll, wenn auch baulich aufwändiger, ist die Trennung von kalten und warmen Luftströmen. Damit wird verhindert, dass sich die teuer gekühlte Luft ungenutzt mit der abströmenden Warmluft vermischt.

Checkliste für wachsende Rechenzentren

• Entsorgen von Altlasten: Rund ein Drittel der Anwendungen wird künstlich am Leben gehalten.

• Virtualisieren: Konsolidierung des Server- und Applikations-Wirrwars über Betriebssystem- und Hardwarevirtualisierung.

• Neue Hardware: Sparsame Server mit energieffizienten Prozessoren und dazu sparsame Netzteile, die auf Virtualisierung ausgelegt sind.

• Stromzufuhr erweitern: Neue Kabel legen, bevor die Versorgung zusammenbricht.

• Klimaanlage optimieren: Die Klimatisierung birgt nach der Virtualisierung das größte Potenzial.

• Effizienz der USV-Anlage verbessern.

Fazit

Die Erweiterung eines Rechenzentrums lohnt sich immer, wenn genügend Platz – innen und außen – zur Verfügung steht. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Maßnahmen, die den Rechenzentrumsbetrieb optimieren. Virtualisierung und neue Hardware beheben nicht nur mögliche Engpässe in der Stromversorgung, sondern rechnen sich meist auch schon in wenigen Jahren in Form von niedrigeren Betriebskosten. (ala)

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