Betrieb von Rechenzentren Unterstützung durch Umbrella-Systeme

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1 Dipl. Ing. (FH) Stefan Berlinghof Geschäftsführer INFRONTEC Grombacher Str Walzbachtal Tel: 07203/ Fax: 07203/ Mail: Betrieb von Rechenzentren Unterstützung durch Umbrella-Systeme INFRONTEC GmbH I Grombacherstrasse 82 I Walzbachtal I

2 Lebenslauf Stefan Berlinghof Bis 1987 Realschule Ausbildung Energieelektroniker / Anlagentechnik bei der Siemens AG Fachhochschulreife Fachhochschule für Technik (FHT) Mannheim Zivildienst Arbeiterwohlfahrt Studium Elektrotechnik Fachrichtung Automatisierungstechnik, Fachhochschule für Technik (FHT) Mannheim 1997 Fachplaner bei der Junctim GmbH, Karlsruhe 2002 Geschäftsführender Gesellschafter der Junctim GmbH 2009 Neugründung der März Data Center GmbH, Geschäftsführender Gesellschafter 2014 Umfirmierung der Junctim GmbH in die Infrontec GmbH Die Infrontec GmbH ist ein Planungs und Beratungsunternehmen mit Sitz in Walzbachtal bei Karlsruhe. Wir sind seit 1995 bundesweit für unsere Kunden tätig. 2

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4 L E I S T U N G E N Consulting Bauherrenberatung Expertisen HOAI - Planung Dienstleistung Projektmanagement Qualitätsmanagement Workshops Konzepte Bauvorgaben Ausführungskonzepte Schnittstellendefinition Qualitätsmanagement Budgetkontrolle Abnahmen Studien / Gutachten Betriebs- und Notfallhandbücher Risikoanalysen Audits Effizienzanalysen (Energie) Alle Leistungsphasen (1-9) nach HOAI EU Ausschreibungen Planungsleistungen für die Privatwirtschaft Automatisierungs-/Überwachungslösungen Programmierung 4

5 Projekt derzeit Qualitätssicherung einer RZ Übernahme (TIER III) in München IT-Hardwarefläche ca m² Flächen für technische Infrastruktur ca m² Bereitgestellte elektrische Leistung ca. 2,5MW, n+1 Redundanzen in allen elektrischen Anlagenteilen (A-/B-Versorgung) RZ-Kühlung über Brunnenwasser (über zwei getrennte Brunnen n+1) Dort im Einsatz: XAMControl als sog. Umbrella System Eine Ansicht (Benutzeroberfläche) für den Sicherheitsdienst aller sicherheitstechnische Anlagen (EMA, BMA, Zutrittskontrolle, Videoüberwachung), Eine Ansicht (Benutzeroberfläche) für den Betreiber des Rechenzentrums zur Überwachung der technischen Anlagen und das Energiemanagement ca Datenpunkte 5

6 Herausforderungen an einen Rechenzentrumsbetrieb Verfügbarkeit, Ausfälle müssen zwingend vermieden werden! Energieeffizienz. Einhaltung aller Normen, Verordnungen und Richtlinien unter Beibehaltung der geforderten Verfügbarkeiten. Flexibilität in Bezug auf die IT-Hardware (Server, Storage, Netzwerk, Datensicherung). Für alle Herausforderungen ist die Existenz und Nutzung eines RZ-Überwachungssystems essentiell! 6

7 Verfügbarkeit Definition Verfügbarkeit V = MTBF MTTR + MTBF 100% MTTR: Mean Time To Repair, Mittlere Dauer für die Wiederherstellung nach einem Ausfall (Systemausfälle und Wartungszeiten) MTBF: Mean Time Between Failure, Mittlere ausfallfreie Zeit eines Systems MTBF + MTTR Gesamte betrachtete Zeitspanne (Laufzeit), meist ein Jahr Verfügbarkeitsklassen Klasse Bezeichnung Verfügbarkeit (%) Ausfallzeit / Jahr 2 Stabil 99,0% 3,7 Tage 3 Verfügbar 99,9% 8,8 Stunden 4 Hochverfügbar 99,99% 52,6 Minuten 5 Fehlerunempfindlich 99,999% 5,3 Minuten 6 Fehlertolerant 99,9999% 32 Sekunden 7 Fehlerresistent 99,99999% 3 Sekunden 7

8 Verfügbarkeit Verfügbarkeitskette eines IT Dienstes: V RZ V Anbindung V Netzwerk V Server V Applikation = V IT Dienst Die Gesamt - Verfügbarkeit wird bestimmt durch das schwächste Glied Erhöhung der Verfügbarkeit Erhöhte der Verfügbarkeit mit Parallelschaltung von Einzelsystemen System A System B Typische Werte Server 99,0%(Einzelserver) 99,9999% (Fehlertolerante Systeme), Web-Hosting Anbietern: 99%, 99,9%, nahezu 100% (Internetangaben 1&1 RZ) Gründe für Systemausfälle Defekte an Systemkomponenten Fehlkonfiguration, Fehlbedienung. und beim Rechenzentrum? 8

9 Verfügbarkeit Kalkulierbare Risiken innerer Einwirkung Feuer (im Raum und im Gebäude) Wasser (im Gebäude) Hitzeentwicklung durch die IT - Komponenten selbst Defekte an der infrastrukturellen Hardware Sabotage (eigene Mitarbeiter und Fremdpersonen) Menschliches Versagen Kalkulierbare Risiken äußerer Einwirkung Hitze - / Wärmeentwicklung Wassereintritt Blitzeinschläge Störungen der Versorgungslage (insbesondere Energiezufuhr) Restrisiken (nicht kalkulierbare Risiken) Erdbeben, Krieg, Flugzeugabstürze Evakuierungen durch Katastrophenalarm Sabotage durch eigene zutrittsberechtigte und zunächst vertrauenswürdige Mitarbeiter

10 Verfügbarkeit TIER Klassifizierung (engl. tier : Stufe, Rang) The Uptime Institute ( USA Früherer Standard zur Klassifizierung von Rechenzentren (immer noch im Sprachgebrauch). TIER Klassen I - IV, ausgedrückt durch die Verfügbarkeit Wesentliche Faktoren sind die Energieversorgung und die Kühlung Verfügbarkeit nicht errechnet, seit 1990 gesammelte Werte Denn: Faktor Mensch (Human Errors) muss berücksichtigt werden (70% aller Impacts) RZ-Kategorien nach BITKOM BITKOM Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.v. Standard zur Klassifizierung von Rechenzentren Kategorien A-D, ausgedrückt durch tolerierbare Ausfallzeit im Jahr Neben Energieversorgung und Kühlung wird auch Brandschutz (Löschtechnik etc.), Gefahrenmanagement und Wartungsintervalle betrachtet. Unterschiedliche Betrachtung für Einzel-Racks (Leistungsabhängig) und größere RZ- Flächen 10

11 Verfügbarkeit TIER Klassifizierung Klassifizierung Redundanzen Energieversorgung und Klima (Endgeräte) Versorgungswege (Leitungswege) Brandabschnitte TIER I N 1 nicht notw. 99,671% = 28,8h Downtime / Jahr TIER II N+1 1 nicht notw. 99,749% = 22h Downtime / Jahr TIER III N+1 1 aktiv 1 passiv notwendig Verfügbarkeit 99,982% = 1,6h Downtime / Jahr TIER IV 2(N+1) 2 notwendig 99,991% = 0,8h Downtime / Jahr RZ-Kategorien nach BITKOM Kategorie EVU-Einspeisung USV Netzersatzanlage Klimatisierung Baulicher Brandschutz Technischer Brandschutz Gefahrenmanagement Wartung und Service Tolerierbare Ausfallzeit vgl. TIER Klassen Kategorie A + + (+) (x) 12h TIER I Kategorie B h TIER II Kategorie C min TIER III Kategorie D <1min TIER IV 11

12 Verfügbarkeit

13 Verfügbarkeit Gesamtverfügbarkeit Rechenzentrum (als eigene Einheit) Beigestellte (Reaktive) Infrastruktur eigentlich 100%, bezogen auf das RZ als Gesamtsystem wenn Einrichtungen (bei Eintritt seltener Ereignisse) funktionieren X Dauerhaft betriebene (Proaktive) Infrastruktur Verfügbarkeit abhängig von Redundanzen, Auslegung und Reaktion Automatische Löschtechnik Brandmeldetechnik (BMA) Einbruchmeldetechnik (EMA) Leckagemeldeanlagen Netzersatzanlagen (NEA) Pumpen, Hebeanlagen Zutrittskontrolle Videoüberwachung Befeuchtung (Teil der Klimatisierung) Be- und Entlüftung Entrauchung Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) Klimatisierung Energieerzeugung und Verteilung (Netzersatzanlage) Anlagen redundant [n+1 oder 2(N+1)] Anlagen meist einfach vorhanden RZ-Überwachungssystem Monitoring, Überwachung, Messung, Aufzeichnung, (Steuerung) Automatisiertes Störungsmanagement Kategorisierung von Störmeldungen Filterung technische / sicherheitstechnische Meldungen Visualisierung Trend-/Historienaufzeichnung

14 Energieeffizienz Green IT Green Building Nachhaltigkeit CO2 Reduzierung / Erderwärmung Atomausstieg / Alternative und regenerative Energieformen Überlastete Energie-Übertragungsnetze ISO Energiemanagement Fakten Rechenzentren: Der Anteil des weltweiten Strombedarfs für Rechenzentren liegt bei ca. 2%, Das entspricht insgesamt 4 mittelgroßen Kohlekraftwerken (Quelle: Borderstep Institut 2008). Vervierfachung der Energiekosten (und des Energiebedarfs) im RZ von von 251Mio auf 1,1Mrd. (Quelle: Borderstep Institut 2008). 18% Anstieg der Energiekosten im Rechenzentrum weltweit (Quelle: IBM)

15 Energieeffizienz Verbesserungsmöglichkeiten: USVen mit hohem Wirkungsgrad Kalt-/Warmgangeinhausung Wärmerückgewinnung Brunnenwasserkühlung Freie Kühlung Höhere Temperaturen im RZ PPPPPP = TTTTTTTTTT FFFFFFFFFFFFFFFF PPPPPPPPPP IIII EEEEEEEEEEEEEEEEEE PPPPPPPPPP = 2,17 Quelle: ASHRAE / Intel Ziel: PUE in Richtung 1,3 1,5 PUE (Power Usage Effectiveness)

16 Energieeffizienz

17 Normen, Verordnungen und Richtlinien Unabhängig von der Anforderung der Verfügbarkeit müssen Normen und Verordnungen unbedingt eingehalten werden! Dies gilt insbesondere für den Personenschutz den Brandschutz Beispiele: FI im Rechenzentrum BGV A3 (DGUV Vorschrift 3) können mit RZ Überwachungssystemen normgerecht und regelkonform gelöst werden!

18 Normen, Verordnungen und Richtlinien Aussage vieler RZ-Betreiber: FI im Rechenzentrum, das geht ja gar nicht., bei Auslösung schaltet meine IT ab Normativer Hintergrund: DIN VDE Gefordert ist der Einsatz von FI-Schutzschaltern für alle Steckdosenkreise mit einem Bemessungsstrom <= 20A, wenn diese durch die Benutzung von Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind. Ausnahmen: Nur bei Steckdosen, die ausschließlich durch Elektrofachkräfte oder elektrotechnisch unterwiesene Personen benutzt werden (z.b. in elektrischen Betriebsräumen), oder wenn sichergestellt ist, dass die Steckdose dauerhaft nur für ein bestimmtes Betriebsmittel genutzt wird, darf von der normativen Forderung des zusätzlichen Schutzes verzichtet werden! Ersteres muss organisatorisch sichergestellt sein, da die zweite Bedingung nicht unbedingt erfüllt ist (was ist dauerhaft?)

19 Normen, Verordnungen und Richtlinien Häufig werden statt dessen als Ersatz für die FI-Schutzschalter sogenannte Differenzstrommessgeräte (RCD) eingesetzt, die bei Fehlerströmen nicht abschalten sondern nur melden. Diese dienen dann aber nicht dem Personenschutz, eher aber dem vorbeugenden Brandschutz, da entstehende Kurzschlüsse (als häufigste Brandursache) frühzeitig erkannt werden. Diese Maßnahme ist aber nur sinnvoll, wenn die Meldungen oder besser sogar die Werte an ein übergeordnetes Gebäudeleitsystem / Überwachungssystem übertragen werden. die Messungen nicht nur zentral sondern mit einer tiefen Staffelung bis auf Einzelstromkreisebene stattfinden, da die Fehlersuche nach dem Ausschlussverfahren (schrittweises wegschalten von Servern) erfolgt! Diese Maßnahme stellt die Basis für die Herausforderung BGV A3 (DGUV) - Prüfung dar!

20 Normen, Verordnungen und Richtlinien BGV A3 (DGUV Vorschrift 3): 5 Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass die elektrischen Anlagen und Betriebsmittel auf ihren ordnungsgemäßen Zustand geprüft werden in gewissen Zeitabständen. Ortsfeste elektrische Betriebsmittel sind fest angebrachte Betriebsmittel oder Betriebsmittel, die keine Tragevorrichtung haben und deren Masse so groß ist, dass sie nicht leicht bewegt werden können. Dazu gehören auch elektrische Betriebsmittel, die vorübergehend fest angebracht sind und über bewegliche Anschlussleitungen betrieben werden. Fristen für ortsveränderliche Betriebsmittel: alle 4 Jahre Hierzu zählen im Rechenzentrum: Elektroverteilanlagen IT-Hardware (Server, Netzwerkkomponenten )

21 Normen, Verordnungen und Richtlinien Wesentlicher Bestandteil der Prüfung: Messung des Isolationswiderstandes Hierzu ist eine Unterbrechung des Stromkreises erforderlich! Das ist im Rechenzentrum für Elektro-Unterverteiler und für die IT- Hardwarekomponenten nicht gewünscht! BGV A3 (DGUV Vorschrift 3): Ausnahmen von der Prüfung Die Forderungen sind für ortsfeste elektrische Anlagen und Betriebsmittel z.b. auch erfüllt, wenn diese von einer Elektrofachkraft ständig überwacht werden. Ortsfeste elektrische Anlagen und Betriebsmittel gelten als ständig überwacht, wenn sie kontinuierlich von Elektrofachkräften instandgehalten und durch messtechnische Maßnahmen im Rahmen des Betriebes (z.b. Überwachen des Isolationswiderstandes) geprüft werden.

22 Normen, Verordnungen und Richtlinien Lösung: Einsatz von Differenzstrommessungen (nicht nur Meldung, sondern auch Differenzstromwerte). Einsatz von Stromkreismessungen (Stromstärke je Phase). Je tiefer gestaffelt desto besser (wegen Fehlersuche). Übertragung der Messwerte an ein RZ-Überwachungssystem / GLT System. Wertevergleich (Überwachungssystem): Differenzstrom in Vergleich des mittleren Aussenleiterstromes. Bei Erreichen eines Schwellwertes: Meldung an Elektrofachkraft. Es muss sichergestellt sein, dass dann zeitnah reagiert wird.

23 Normen, Verordnungen und Richtlinien Vorteile: Keine Abschaltung für BGV A3 Prüfung notwendig. Kontinuierliche Überwachung, statt 4jährliche Prüfung (Verbesserung). Durch gestaffelte Strommessung, Energiemanagement bis zum Endverbraucher. Historienauswertung durch RZ-Überwachungssystem / GLT für jeden Endverbraucher (bei tiefer Messstaffelung). Zusätzlicher Brandschutz (Brände entstehen durch Kurzschlüsse, die so besser erkannt werden). Erkennung von Installationsfehlern. Achtung: Die Lösung muss von der zuständigen Berufsgenossenschaft (BG) freigegeben werden!

24 Vielen Dank! Dipl. Ing. (FH) Stefan Berlinghof Geschäftsführer INFRONTEC Grombacher Str Walzbachtal Tel: 07203/ Fax: 07203/ Mail: