FNT EXPERT PAPER. // Das umweltfreundliche. Rechenzentren AUTOR. Mittel und Wege zu mehr Energieeffizienz in der IT.

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1 FNT EXPERT PAPER AUTOR Eric Brabänder Leiter Marketing FNT GmbH // Das umweltfreundliche Rechenzentrum Mittel und Wege zu mehr Energieeffizienz in der IT Der größte Teil des Stromverbrauchs der IKT wird heute in der gewerblichen Nutzung von Rechenzentren und Servern erzeugt. Rechenzentren benötigen in Deutschland ca. 2% der gesamten verfügbaren Energie. Aufgrund der steigenden Mobilität, der allgegenwärtigen sozialen Vernetzung und der Integration von IT in allen Arbeits- und Lebensbereichen steigen Datenmengen explosionsartig an. Als Resultat dieser Entwicklung steigen die Energiedichte in Rechenzentren und damit auch der Kühlungsbedarf stetig an. Green IT und nachhaltiges, effizientes Ressourcenmanagement werden zu wesentlichen Kernaufgaben im Rechenzentrum. Die Verantwortlichen von Rechenzentren und Netzwerkinfrastrukturen stehen vor der Herausforderung, aufgrund der stetig wachsenden Daten- und Energiemengen durch optimale Planung und vorausschauende Analysen und Prognosen ihrer Netz-, Server-, Auslastungs-, Strom-, und Kühlungskapazitäten einen ressourceneffizienten und nachhaltigen Einsatz aller Assets im Rechenzentrum sicherzustellen. Der sinnvolle und verhältnismäßige Umgang mit der Ressource Energie steht hierbei im Vordergrund, um innerhalb der weiteren Wirkungskette schädliche Einflüsse auf die Umwelt zu reduzieren. Geringerer Stromverbrauch bedeutet gleichzeitig auch niedriger CO2-Ausstoß. Das Ziel ist das Erreichen von CO2Neutralität. Dabei wird, je nach Schätzung, durchschnittlich bis zur Hälfte des Energiebedarfs für den Betrieb der Infrastruktur, wie unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV), Stromverteilung, Kühlung oder ähnlichem benötigt. Der restliche Energiebedarf

2 FNT EXPERT PAPER // DAS UMWELTFREUNDLICHE RECHENZENTRUM geht in die eigentliche Rechenleistung des Rechenzentrums. Werkzeuge und Maßnahmen, die sich mit deren Optimierung befassen werden auch unter dem Begriff Data Center Infrastructure Management (DCIM) zusammengefasst. Eine wichtige Grundvoraussetzung für jegliche Optimierungsmaßnahmen im Rechenzentrum ist das Wissen um die vorhandenen Assets und deren Energiebedarfe. Daher enthält ein DCIM-System in der Regel ein offenes Asset Management, welches gleichzeitig ein umfassendes Datenmodell besitzt und alle vorhandenen und geplanten Geräte im Rechenzentrum, inklusive deren Verkabelung, Einbauinformationen, und vielen weiteren Zusammenhängen, umfassend erfassen, auswerten und darstellen kann. Zu jedem Gerät oder zu jeder Komponente müssen die Plan- und Ist-Energiedaten erfassbar und auswertbar sein, um entsprechende Optimierungsmaßnahmen umzusetzen. Rechenzentrums in FNT Command: Stromverbrauch und Strombereitstellung, Wärmelasten und Kühlkapazitäten, Absicherungen und Redundanzen, Auslastung und Kritikalität von Systemen werden in FNT Command dokumentiert und können analysiert werden. Die umfassende Datenbasis zeigt versteckte Kapazitätsreserven auf und ermöglicht die Optimierung von Prozessen sowie die Reduzierung von Überkapazitäten. Zur Erfassung der Ist-Daten aller Geräte im Rechenzentrum benötigt eine DCIM Software die Möglichkeit, Live-Daten der Assets zu überwachen und zur weiteren Analyse in das Datenmodell über Standardschnittstellen oder ein offenes API zu synchronisieren. FNT liefert mit der web-basierten, mehrsprachigen und mandantenfähigen Standardsoftware FNT Command ein Produkt, welches bereits seit 20 Jahren in zahlreichen großen Unternehmen für das Infrastrukturmanagement eingesetzt wird und zur vollwertigen DCIM-Lösung mit zahlreichen Funktionen zur RZ-Optimierung erweitert wurde. Optimierungsansätze im Rechenzentrum Der aktuelle Ansatz für die Optimierung von Rechenzentren ist die Verwendung moderner, energieeffizienterer Technik (energiesparende Server, Virtualisierung, effizientere USVs, alternative Kühlsysteme), die Konsolidierung alter Rechenzentren, die Aufrüstung bestehender Rechenzentren und der Neubau nach modernen Kriterien mit aktueller Technik. Aber auch nach dem Einsatz modernster Technik verbleibt immer noch Potential für weitere Energieeinsparungen durch die Optimierung des Betriebs. Aufgrund von Sicherheitsanforderungen wird nicht nur eine einfache Redundanz erforderlich, sondern meist eine weitaus höhere Überprovisionierung von Strom und Kälte realisiert. Abb 1: Belegung von Stromports der im Rack verbauten Geräte Anwendungsbeispiel 1: Energieeffiziente und sichere Auslegung der Energieversorgung Die professionelle Planung und Verwaltung der gesamten Energieversorgung im Rechenzentrum und in Gebäudeinfrastrukturen ist eine wesentliche Voraussetzung für den Aufbau ressourceneffizienter und ausfallsicherer IT-Infrastrukturen. Alle Geräte und Verbraucher müssen optimal auf das vorhandene Stromnetz und die Stromversorgungstechnologien abgestimmt sein. Dazu werden Herstellerdaten für den Stromverbrauch von Geräten, sowie reale Mess- und Erfahrungswerte von Stromverbrauchern miteinander abgeglichen und im FNT Command-Modul Power Management geplant und verwaltet. Herstellerdaten für den Stromverbrauch der einzelnen Geräte können aus der FNT Command-Komponentenbibliothek, die mehr als Komponenten enthält, entnommen werden. Zusätzlich können Erfahrungswerte und reale Werte, die aus Messprotokollen Die optimale Dimensionierung von Infrastrukturkomponenten durch präzise Kapazitätsangaben und verlässliche Planungsdaten schafft eine Balance zwischen Sicherheit (durch Redundanz und Überprovisionierung) und Energieeffizienz. Dies wird erst ermöglicht durch eine ganzheitliche Betrachtung aller Aspekte des Abb 2: Darstellung eines Stromverteilers in der grafischen Ansicht 2

3 DAS UMWELTFREUNDLICHE RECHENZENTRUM // FNT EXPERT PAPER Abb 3: Analyse der Auslastung überwachter Server stammen, hinterlegt werden. So können beispielsweise auch Stromverbrauchswerte über das FNT Command-Modul Data Center Engine live eingelesen und analysiert werden. Diese Daten werden zur Bilanzierung und zur Schwellwertberechnung herangezogen. Durch die transparente Darstellung, Analyse und Planung der gesamten Energieversorgung mit FNT Command Power Management erhalten Rechenzentrumsverantwortliche einen Überblick über die Auslegung der Energieversorgung und können die Energieabnehmer im Hinblick auf Energieeffizienz oder Sicherheit ihrer IT-Infrastruktur auslegen. So lässt sich genau analysieren, welche Bereiche eine Redundanz benötigen oder wie verbrauchsstark bestimmte Bereiche ausgelegt oder abgesichert sind. Anwendungsbeispiel 2: Vermeidung von nicht ausgelasteten Systemen Ein gängiger Richtwert besagt, dass die rund um die Uhr laufenden Server durchschnittlich nur zu 10 bis 20 Prozent ausgelastet sind. Meist legt man die Serverkapazitäten anhand der Betriebsspitzen aus, die jedoch nur selten erreicht werden. Ein Konzept hin zum energieeffizienten Rechenzentrum ist hier die Konsolidierung: Dabei werden heterogene Systeme zusammengeführt und die Zahl an Servern im Rechenzentrum reduziert. Darüber hinaus lassen sich durch Virtualisierung weitaus bessere Kapazitätsauslastungen erreichen. Anwendungsprogramme, die bisher auf verschiedenen Rechnern verstreut liefen, werden in virtuellen Maschinen auf leistungsfähigen Rechnern gebündelt. Das Ergebnis: Server können sehr viel höher, etwa um bis zu 50 Prozent, ausgelastet werden. Durch das Erkennen von nicht ausgelasteten Systemen in FNT Command können diese virtualisiert werden oder eine Konsolidierung von VMs von verschiedenen Hosts auf nur einen, optimal ausgelasteten Host erfolgen. Nicht mehr benötigte oder genutzte Systeme werden automatisiert abgeschaltet. Da das umfassende Datenmodell von FNT Command nicht nur die Informationen physikalischer Server bereithält, sondern auch Daten zu VMs und Applikationen bereitstellen oder importieren kann, lässt sich im Rahmen der Überwachung von Serverlast sehr schnell identifizieren, welche virtuellen Server oder Applikationen nicht ausreichend ausgelastet sind. Anwendungsbeispiel 3: Die optimale Kapazitätsplanung Sind in einem Rechenzentrum die zukünftigen Bedarfe und dazugehörigen Kapazitäten nicht genau bekannt und die Planungsprozesse nicht optimal abgestimmt, dann führt dies häufig zu vorsichtiger Überdimensionierung im akuten Bedarfsfall. Die Sicherstellung des Betriebs steht immer im Vordergrund und somit wird bei Anfragen lieber vorsichtig und etwas zu groß dimensioniert, als den energieoptimalen Bereich anzustreben. Im Anschluss daran geht jedoch häufig die Suche und Konsolidierung von Überkapazitäten von vorne los. Daher ist die genaue Übersicht über die vorhandene und geplante Abb 4: Kapazitätsanalyse von Klima, Strom und Fläche Nutzung von Flächen, Stromverbräuchen und Klimatisierung sowie eine Übersicht über das Gewicht aller Komponenten im Rechenzentrum eine wesentliche Voraussetzung für den Aufbau und Betrieb eines ressourceneffizienten Rechenzentrums. In einer zentralen Schaltstelle müssen alle Informationen über zukünftige und bestehende Kapazitäten einsehbar sein. Ebenso muss eine moderne Data Center 3

4 FNT EXPERT PAPER // DAS UMWELTFREUNDLICHE RECHENZENTRUM Abb 5: Beispiel für die Analyse der Klimakapazitäten im 3D Footprint basierend auf FNT Command Aircon Infrastructure Management (DCIM)-Lösung auch die stichtagsbezogene Planung aller Assets und Komponenten im Rechenzentrum, inklusive einer grafischen Planung und Analyse der Raumsituation, ermöglichen. Erst wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, kann eine DCIM-Lösung eine Kapazitätsplanung anbieten, die eine energieeffiziente und ressourceneffiziente Planung aller Assets im Rechenzentrum ermöglicht. Das FNT Command-Modul Data Center Cockpit bietet umfangreiche Anzeige- und Auswertungsmöglichkeiten für das gesamte Rechenzentrum, um eine schnelle Übersicht über alle relevanten Daten in den Bereichen Strom, Klimatisierung, Fläche und Gewicht zu erhalten. Mit FNT Command Data Center Cockpit können Rechenzentren angelegt und ausgewertet werden. Diese werden über die zugeordneten Räume definiert. Aufgrund dieser Zuordnung können Auswertungen zu Flächenauslastungen, Klimasituationen, Gewichtsauslastungen und zur Stromauslastung in grafischer und tabellarischer Form getätigt werden. Eine Historisierung und eine Vorhersage über die Entwicklung des Rechenzentrums ist auf Grundlage der Trendentwicklung oder anhand bereits geplanter Vorgänge möglich. Zu jedem Rechenzentrum und jedem Raum kann ein 2D- oder 3D-Footprint erstellt werden, der jederzeit einen grafischen Überblick über die Räume liefert. Im Footprint können Klimazonen und Bereiche abgebildet und verwaltet werden, denen Geräte aus den Zonen zugeordnet werden können. Über diese Darstellung ist es möglich, zu einzelnen Gewerken innerhalb eines Raumes oder innerhalb des gesamten Rechenzentrums konkrete Auswertungen über die Ressourcenverteilung abzurufen. Anteil jedoch stark gesenkt werden. Die Planung, Analyse und Überwachung der klimatischen Verhältnisse in einem Rechenzentrum, und zwar vor, während und nach Veränderungen der IT-Infrastruktur, sind eine grundlegende Voraussetzung, um ein Rechenzentrum ressourceneffizient zu betreiben. In der zentralen DCIMund Asset Management-Software FNT Command wird zur Planung von Kühlkreisläufen und Klimazonen das Modul Aircon bereitgestellt, welches sich nahtlos in die Software FNT Command integriert. Das FNT Command-Modul Aircon fasst alle Funktionen für die Klimatisierung von Rechenzentren zusammen und dokumentiert diese. Rechenzentren (mehrere Räume), Räume, Racks, sowie logische Gruppierungen (Klimazonen) werden auf Ihre klimatische Last und Leistung geplant, überwacht und verwaltet. Die Klimakreisläufe und Klimageräte eines Rechenzentrums werden inklusive ihrer Auslastung dokumentiert und auf Schwellwerte überwacht. Die Geräte zur Klimatisierung werden unter dem Oberbegriff Klimakomponente zusammengefasst, hierzu gehören Klimageräte, Rückkühler und Klimageneratoren. Anwendungsfall 4: Optimierung von Kühlung Ein weiterer wichtiger Aspekt der Green IT, der hohe Optimierungspotenziale bietet, ist die Rechenzentrumskühlung. Zwischen 35 und 50 Prozent der gesamten Energiekosten eines Rechenzentrums werden für die Kühlung aufgewendet. Durch Modernisierung von Mess- und Kühltechnik sowie durch bauliche Maßnahmen (z. B. Anordnung in Warm- und Kaltgängen, modularer Aufbau der Kühltechnik) kann dieser Abb 6: Hot-Spot Analyse mittels CFD in 6SigmaDC Aufgrund des FNT Command-Moduls Aircon sind alle klimarelevanten Assets im zentralen Repository verfügbar. Die richtige Wahl der Optimierungsmaßnahmen orientiert sich jedoch immer am Status quo einer bestehenden IT-Umgebung. Aus diesem Grund sollte jeder Klimatisierungskosmetik im 4

5 DAS UMWELTFREUNDLICHE RECHENZENTRUM // FNT EXPERT PAPER Abb 7: Ermittlung der tatsächlichen Wärmekapazität eines Racks in 6SigmaDC Sinne der Green IT eine umfassende Analyse der thermischen Ist-Zustände im Rechenzentrum vorausgehen. Dazu werden verschiedene Aspekte einer IT-Infrastruktur analysiert, um so Optimierungspotentiale aufzeigen zu können. Betrachtet werden zum Beispiel die Luftströme über und im Doppelboden, Kühlluftverluste, der Wirkungsgrad der Cooling- Systeme oder die Hitzeentwicklung an den Racks. Anwendungsfall 5: Dashboards zur Entscheidungsfindung und Überwachung Häufig werden bestimmte Kennzahlen zur Analyse der Energieeffizienz im Rechenzentrum herangezogen. Eine grobe Einschätzung zur Beurteilung der Aufwendungen für die Infrastruktur liefert die Power Usage Effectiveness-Kennzahl (PUE). Der PUE-Wert setzt die insgesamt im Rechenzentrum verbrauchte Energie ins Verhältnis mit der Energieaufnahme der Rechner. Mit dem PUE-Wert wird somit die Effizienz des Energieeinsatzes ermittelt. Ein PUE- Wert von 3 sagt beispielsweise aus, dass zwei Drittel der eingesetzten Leistung für Wärme und Wärmeabführung verbraucht werden, wohingegen nur ein Drittel der eingesetzten Leistung vom Rechner für die eigentliche Rechenleistung verbraucht werden. Wenn sich dieses Verhältnis der Zahl 1 nähert, ist sichergestellt, dass das Rechenzentrum äußerst effizient arbeitet. PUE-Werte von 1,3 sind bereits ausgezeichnet und bedeuten, dass nur ca. 30 % der eingesetzten Energie ineffizient verbraucht werden. Im Rahmen der regelmäßigen Energieoptimierung kann hier vor allem durch die Kombination eines DCIM Systems, wie FNT Command, mit einer modernen CFD (Computational Fluid Dynamics)-Modellierung die Kühlung von Systemen auch bei Anhebung der Temperaturen gesichert werden. Hierzu hat FNT mit dem marktführenden Anbieter von CFD-Lösungen für Rechenzentren, Future Facilities, eine strategische Entwicklungspartnerschaft geschlossen. Die Integration von FNT Command mit dem führenden Werkzeug für vorausschauende Modellierung und Simulationen von Klimatisierung, 6SigmaDC von Future Facilities, ermöglicht nun die kontinuierliche Modell-basierte Analyse der Auswirkungen von Änderungen im Rechenzentrum auf die Serververfügbarkeit, Kapazitäten und Kühlungseffizienz. Infrastrukturänderungen können vor der Realisierung auf ihre Auswirkungen hin überprüft und optimiert, sowie verlorene Kapazitäten identifiziert werden. Wärmeströme und Luftzirkulation werden visualisiert, um die Kühlkosten zu reduzieren, Hotspots zu vermeiden und die gesamte Energieeffizienz im Rechenzentrum zu verbessern. Durch den nahtlosen Datenaustausch mit der Simulationsund Analyselösung von Future Facilities verwenden FNT Command Anwender ihre vorhandenen Asset-Informationen für zukünftige Analysen, Prognosen und Planungen ihres Rechenzentrums. Nach der Analyse und Variantenplanung in 6SigmaDC können Änderungen in FNT Command weiter überplant und mit Hilfe integrierter Prozesse ausgeführt werden. Abb 8: FNT Command-Dashboard zur Überwachung der Energieeffizienz eines Rechenzentrums Da FNT Command über alle relevanten Daten und Beziehungen aller Assets im Rechenzentrum verfügt und sowohl die Planals auch die Ist-Werte zum Energieverbrauch vorliegen, lassen sich diese Kenngrößen schnell ermitteln und mittels Dashboards den Entscheidern für weitere Analysen zur Verfügung stellen. Hierbei verfügt FNT Command aufgrund der offenen Datenstruktur über eine sehr flexible Report-Engine, die es dem Anwender ermöglicht, sehr schnell Abfragen auf den Datenbestand zu erstellen, um somit Kennzahlen zur Energieeffizienz, wie beispielsweise PUE und andere Werte, zu errechnen. 5

6 FNT EXPERT PAPER // DAS UMWELTFREUNDLICHE RECHENZENTRUM Rechenzentrum nötig. Abb 9: FNT Command-Dashboard mit der Darstellung der PUE verschiedener Rechenzentren Die Verantwortlichen von Rechenzentren und Netzinfrastrukturen stehen vor der Herausforderung, aufgrund der wachsenden Datenmengen durch optimale Planung, Prozessautomatisierung und vorausschauende Analysen und Prognosen ihrer Netz-, Server-, Auslastungs-, Strom-, und Kühlungskapazitäten einen ressourceneffizienten Einsatz aller Assets sicherzustellen. Manager brauchen daher detaillierte Informationen über die Plan- und Ist- Situation aller Geräte. Ebenso müssen Szenariound Planungsprozesse installiert sein, die als Grundlage einer validen Zukunftsprognose dienen. Anwendungsfall 6: Belohnung von Energiesparmaßnahmen bei Kunden von Colocation Providern Colocation Provider stellen ihren Kunden in der Regel eine Strompauschale in Rechnung, unabhängig davon, ob die Server in Bezug auf die angenommene Stromlast voll ausgelastet sind oder nicht. Anstelle dieser pauschalen Berechnung von bereitgestellter Stromkapazität kann durch den Einsatz einer DCIM-Lösung wie FNT Command nun zusätzlich eine Abrechnung des tatsächlich verbrauchten Stromes durch die genaue Erfassung von Verbräuchen mit entsprechend geeichten Stromzählern erfolgen. Da die Verbrauchs-Informationen im FNT Command Datenmodell automatisch erfasst werden können und mit weiteren Daten zum Endkunden angereichert werden, bewegt dies die Kunden eines Cololocation Anbieters dazu, sich mit dem Verbrauch auseinanderzusetzen, und wenn möglich energieeffizientere Systeme einzusetzen, auch wenn die Kapazität noch nicht voll ausgelastet ist. FNT Command kann durch geeignete Reports alle relevanten Abrechnungsdaten zur Verfügung stellen. Fazit Neue Technologien und Markttrends, wie beispielsweise soziale Netzwerke, steigende Mobilität, Cloud-Technologien und die Explosion an digital verfügbaren Informationen (Big Data) verändern die Bedarfe, Ansprüche und das Verhalten von Kunden. Daraus resultieren kurze Reaktionszeiten auf Marktveränderungen und Anforderungen sowie die schnelle Bereitstellung neuer oder modifizierter IT-Services. Dies setzt eine hohe Agilität voraus und hat direkte Auswirkungen auf die strategische Ausrichtung von Rechenzentren. Die sichere, effiziente, schnelle und flexible Bereitstellung von bedarfsgerechten IT-Services rückt in den Fokus der IT- Manager. Um das enorme Datenwachstum bewerkstelligen und die richtigen Services bereitstellen zu können, ist eine genaue Planung der IT- und Gebäudeinfrastruktur erforderlich sowie eine vollständige Transparenz über alle Assets im Neben diesen operativen Aufgaben stehen Rechenzentrumsmanager unter ständigem Kostendruck und müssen das schnelle Wachstum durch andauernde Effizienzsteigerungen der Prozesse kompensieren. Zusätzliche Überlegungen zu Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit sind nicht nur Regularien geschuldet, sondern werden von Unternehmen proaktiv verfolgt. Die Risikominimierung und das Absichern des Rechenzentrums für Notfallsituationen sowie das Einhalten gesetzlicher Compliance-Regelungen oder länderspezifische Audit- Regulierungen, verlangen von den Verantwortlichen eines Rechenzentrums den genauen Überblick über die Verzahnung aller wichtigen Komponenten auf IT- und auf Facility-Seite. Aber auch der Aufbau neuer Rechenzentren, die Konsolidierung oder Ablösung bestehender Rechenzentren sowie die Berücksichtigung neuer Technologien oder architektonischer Veränderungen erfordern ihre ständige Aufmerksamkeit. Diese Herausforderungen können durch einen integrierten Rechenzentrumsmanagement-Ansatz basierend auf der Software für Data Center Infrastructure Management (DCIM) von FNT einfach und nachhaltig gelöst werden. Die vorangegangenen Anwendungsbeispiele verdeutlichen, dass eine DCIM Software, die alle Informationen und Beziehungen der Geräte und Assets im Rechenzentrum umfassend und transparent zur Verfügung stellt, eine wichtige Grundvoraussetzung für jegliche Optimierungsmaßnahmen im Rechenzentrum ist. Das Messen und Erfassen von Ist- Werten, sowie die Analyse dieser Daten und eine umfassende Planungsfunktionalität, vereint in einem zentralen Werkzeug für das Rechenzentrumsmanagement, sind die grundlegende Voraussetzung, um mehr Energieeffizienz in der IT erreichen zu können. Copyright (C) FNT GmbH, All rights reserved. The contents of this document is subject to copyright law. Changes, abridgments, extensions and supplements require the prior written consent from FNT GmbH, Ellwangen, Germany. Reproduction is only permitted provided that this copyright notice is retained on the reproduced document. Each publication or translation requires the prior written consent from FNT GmbH, Ellwangen, Germany. FNT GmbH Röhlinger Straße 11 // Ellwangen // Deutschland // Phone // Fax // //

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