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10.01.2007

Blades - mehr als nur Server

Michael Erhard 
Das bloße Stapeln von Blade-Servern in Racks reicht nicht aus, es muss auch für das entsprechende Umfeld gesorgt sein, denn der Energie- und Kühlbedarf ist bei der geballten Rechenleistung hoch.

Der Höhenflug hält an: Nach Prognosen der Marktforscher von IDC wird 2010 bereits jeder vierte verkaufte Server ein Blade-Rechner sein. Doch Blade-Infrastrukturen gehen zunehmend über reine Server-Lösungen hinaus. Der Trend geht zu integrierten, adaptiven Blade-Infrastrukturen, die auch Storage und Clients umfassen.

Benchmarks fehlen

Speziell beim Thema Energieeffizienz fehlen bislang noch allgemeingültige Standards. Abhilfe schaffen sollen hier neu definierte Kenngrößen und Benchmarks. Die Prozessorschmieden AMD und Intel erarbeiten gerade gemeinsam mit den Server-Anbietern HP, Dell und Sun sowie der US-amerikanischen Umweltbehörde EPA entsprechende Metriken. Dazu zählt unter anderem die so genannte Power Usage Effectiveness. Dieser Wert spiegelt wider, wie viel Prozent des Energieverbrauchs von den einzelnen Komponenten auch tatsächlich genutzt werden. Ein weiterer Aspekt ist das Verhältnis von Hardware-Anschaffungskosten zu den im durchschnittlichen Lebenszyklus anfallenden Energiekosten (Energy-to-Acquisition Cost). Zum Energieverbrauch wird dabei nicht nur der von den Komponenten benötigte Strom, sondern auch der Energieverbrauch für die Kühlung gerechnet.

Blade-Server - die Vorteile

• Hohe Server-Dichte, geringer Platzbedarf,

• effizienter Betrieb durch gemeinsam genutzte Komponenten (Stromversorgung, Netzwerk, Speicher),

• hohe Verfügbarkeit durch redundante Systemkomponenten,

• schnelle Erweiterungen möglich - auch im laufenden Betrieb,

• Wegfall der komplexen Verkabelung,

• einfache und einheitliche Administration,

• niedrigerer Energieverbrauch als herkömmliche Server,

• geringere Anforderungen an die Klimatisierung,

• geringere Kosten,

• einfache Implementierung und Anpassung.

Auf Blade-Server umsteigen sollte, wer

• die Server-Landschaft ganz oder teilweise konsolidieren will,

• die Ressourcen besser auslasten möchte,

• ohne zusätzlichen Platzbedarf die IT erweitern möchte,

• Wert auf eine einfache Verwaltung legt,

• die Betriebskosten (Stromverbrauch, Verwaltung) senken will und

• keinen Spielraum bei der Server-Raum-Klimatisierung mehr hat.

Mehr zum Thema

www.computerwoche.de/

585031: Webcast zur Klimatisierung von IT-Räumen;

1217208: Neue Kühltechnik von HP;

584060: Der Markt für Blade-Systeme;

583421: Energiebedarf von Blade-Servern.

Viel Leistung, viel Hitze?

Die Bauart-bedingten Vorteile von Blades sind vielfältig: Sie sind sehr kompakt gebaut und werden in die dafür vorgesehenen Steckplätze eines Gehäuses geschoben. Dort sind sie automatisch mit den Kontakten für die Netzverbindungen und die Stromversorgung verbunden. Daraus resultiert eine - im Vergleich zu klassischen Komponenten im 19-Zoll-Format - einfachere Implementierung und Verwaltung. Auch virtuelle Ethernet- und Fibre-Channel-Verbindungen (Stichwort "Virtual Connect") erleichtern das Management. Mit ihrer Hilfe können Administratoren alle Änderungen "auf Knopfdruck" erledigen - auch per Fernwartung. Speziell die häufig sehr aufwändige Verkabelung wird so drastisch reduziert. Zudem lassen sich Blades einfach im laufenden Betrieb wechseln oder neu hinzufügen.

Das Ergebnis ist eine sehr skalierbare Infrastruktur. Redundante Komponenten zum Beispiel bei der Stromversorgung oder dem Netzanschluss sorgen für eine hohe Verfügbarkeit der Systeme. Ein weiterer Vorzug ist die große Rechenleistung auf kleinem Raum: Durch die kompakte Bauweise lassen sich wesentlich mehr Server und Prozessoren in einem Rack installieren, als dies selbst mit nur eine Höheneinheit großen Komponenten ("Pizzaboxen") möglich ist. Doch dieser Vorteil hat auch seine Tücken: Die hohe Rechenleistung auf kleinem Raum (Server-Dichte) sorgt dafür, dass mehr Abwärme pro Rack entsteht. Daher arbeiten die Hersteller an unterschiedlichen Konzepten, damit auch Blades "cool" bleiben.

Energieeffizienz als Knackpunkt

Da Leistungsaufnahme und entstehende Abwärme direkt zusammenhängen, spielt der Energieverbrauch bei Blades die entscheidende Rolle. Durch gemeinsam genutzte Komponenten, etwa Netzteile, benötigen die meisten Blade-Server bis zu 15 Prozent weniger Strom als vergleichbare Rack-Server. Bei neuen Lösungen wie dem HP "Blade System c-class" sinkt der Energieverbrauch noch stärker: Hier können bis zu 60 Prozent mehr Blades installiert werden als herkömmliche 19-Zoll-Modelle gleicher Konfiguration. Möglich machen dies unter anderem Konzepte, bei denen die Stromversorgung und die Kühlung automatisch an die aktuellen Anforderungen angepasst werden. Virtualisierungsfunktionen sorgen darüber hinaus für eine möglichst effiziente Aufteilung der anfallenden Lasten auf die einzelnen Server.

Doch auch auf Komponentenebene spielen die Themen Energieeffizienz und Abwärme eine immer größere Rolle. Moderne Prozessoren bieten nicht mehr länger immer höhere Rechenleistungen, sondern benötigen auch weniger Energie. Allerdings sollten Anwender bei der Wahl ihrer Systeme nicht nur den Stromhunger der Prozessoren im Auge haben. Auch Festplatten sind Energiefresser und bieten Einsparpotenzial: So verbrauchen zum Beispiel SAS-Platten (Serial Attached SCSI) rund 30 Prozent weniger Strom als die herkömmlichen U320-SCSI-Laufwerke.

Mehr Kühlung gefragt

Da jedoch allen Stromsparbemühungen zum Trotz in den letzten Jahren die anfallende Abwärme deutlich stärker gestiegen ist als die Kapazität der Lüfter und Kühler, besteht hier Nachholbedarf. Dass die Möglichkeiten der Luftkühlung noch nicht ausgereizt sind, beweisen neue Ansätze bei den Lüftern: So ließen sich Forscher beispielsweise von Modellflugzeugen inspirieren, die von Elektroventilatoren beziehungsweise -turbinen angetrieben werden. Das Ergebnis ist eine neue Lüftertechnik (Active Cool Fan), die für maximale Windgeschwindigkeiten von rund 270 Stundenkilometern sorgt. Der dadurch erzeugte Luftdruck ist groß genug, um Kabelstränge und andere Hindernisse zu umströmen, und versorgt alle Komponenten innerhalb eines Servers - inklusive des Netzteils - mit ausreichend kühler Luft.

Weil deutlich weniger Lüfter notwendig sind, sinkt der Stromverbrauch um rund zwei Drittel. Eine derartige Lüftertechnik reduziert den notwendigen Luftdurchsatz der Klimaanlage um 30 Prozent und den Energieverbrauch insgesamt um 50 Prozent. Der Begriff "Turbine" erweckt den Eindruck von hoher Geräuschentwicklung, das Gegenteil ist aber der Fall: Durch die neue Technik konnte die Geräuschentwicklung um rund die Hälfte reduziert werden.

Eine Renaissance erlebt derzeit die Flüssigkeitskühlung, deren Vorteile im wahrsten Sinne des Wortes nicht aus der Luft gegriffen sind: Flüssigkeit leitet die Wärme deutlich besser ab als Luft. Um eventuelle Wasserschäden zu vermeiden, setzen die Hersteller hier auf ein zweistufiges Kühlkonzept: Die Prozessoren, Festplatten und anderen Bauteile werden mit Luft gekühlt. Die warme Abluft wird dann von separaten Wärmetauschern (neben dem Server-Rack) mit kaltem Wasser gekühlt. Durch diesen Ansatz muss die Flüssigkeit nicht durch das Rack geleitet werden.

Dennoch wird ein Großteil (zirka 90 Prozent) der Wärme über das Wasser aus dem Server-Raum abgeleitet, die Anforderungen an die Leistung der Klimaanlage sinken, und die Gesamteffizienz der Kühlung steigt. Entsprechende zweistufige Kühlsysteme einzelner Hersteller sind für eine Wärmeentwicklung von bis zu 30000 Watt pro Standard-Rack konzipiert. Sie bieten somit genügend Spielraum für Infrastrukturen mit sehr hohen Server-Dichten wie etwa Blade-basierende Lösungen.

Das ganze RZ im Blick

Ein weiterer wichtiger Trend ist die dynamische Kühlung und Klimatisierung. Der Ansatz zielt auf eine umfassende Betrachtung nicht nur der einzelnen IT-Komponenten oder der einzelnen Racks, sondern des gesamten Rechenzentrum. Sensoren erfassen hierbei ständig Luft- und Prozessortemperaturen. Auf Grundlage dieser Werte werden die Geschwindigkeit der einzelnen Lüfter sowie die Leistung der Klimaanlage automatisch angepasst. Entscheidender Vorteil: Die einzelnen Lüfter und Kühlsysteme müssen nicht ununterbrochen mit voller Leistung laufen. Dadurch lässt sich kräftig an den Energiekosten sparen - ohne Beeinträchtigung der IT-Leistung. Dank der optimierten Kühlung und Klimatisierung sinkt der Stromverbrauch, während die Systemverfügbarkeit steigt. Gleichzeitig lassen sich vorhandene Kapazitäten besser ausschöpfen.

Mehr als "nur" Server

Bei den Blades selbst lassen sich mehrere Trends beobachten: Erste Hersteller offerieren bereits Lösungen, in denen sich Server mit x86- (AMD Opteron, Intel Xeon) und solche mit Intel-Itanium-Prozessoren in einem Blade-Gehäuse betreiben lassen. Doch die Vorteile des Formfaktors "Blade" beschränken sich mittlerweile nicht mehr ausschließlich auf Server: Auch Speichersysteme ("Storage Blades") und "Client Blades" (Blade-PCs und Blade-Workstations) sind inzwischen verfügbar und werden künftig eine stärkere Rolle spielen. Damit sind komplett integrierte Infrastrukturen im steckbaren Formfaktor möglich. Wegen der vergleichsweise geringen Größe ermöglicht dieser Ansatz leistungsfähige IT-Umgebungen auch in Server-Räumen und Rechenzentren mit wenig Platz. Ein weiterer Aspekt: Die bessere Energieeffizienz sorgt dafür, dass auch die Anforderungen an die Klimaanlagen geringer sind. Bei steigender Rechenleistung muss daher in vielen Fällen weder der Server-Raum vergrößert noch die bestehende Klimaanlage erweitert werden.

Virtualisiert klappt es real besser

Die Vorteile von Blade-Servern oder vollständig integrierten Blade-Infrastrukturen kommen speziell im Zusammenspiel mit Virtualisierungslösungen zum Tragen. Moderne Lösungen ermöglichen es, Server-, Speicher-, Netzwerk- und Stromversorgungskomponenten zu virtualisieren und in einem Pool zentral zu verwalten. Eine bessere Auslastung der vorhandenen IT-Ressourcen und eine einfachere, einheitliche Verwaltung der gesamten Umgebung sind die Folge. Damit spielen moderne Blade-basierende Lösungen ihre Vorzüge voll aus - und zwar nicht nur virtuell, sondern ganz real im Rechenzentrum. (kk)