DataCenter Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz.

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1 DataCenter Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

2 Agenda. Einführung Das grüne Rechenzentrum Energieverteilung und PUE Testlabor Motivation und Pflichten Technische Einrichtungen und Aufbau Erste Ergebnisse Lessons Learned Next Steps die Prozessorkomponente Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

3 Das grüne Rechenzentrum. Das grüne Rechenzentrum Basis Energieeffizienz Energiebeschaffung Neue DC-Technologien Energievermeidung Optimierung von Betriebsabläufen Basismaterialien (Gebäude) Auswahl der IT-HW (TCO²) Recycling Gesamteffizienz RZ Klimatisierung Stromversorgung Systemoptimierung und Virtualisierung (CPU) Schwerpunkt dieser Präsentation Erneuerbare Energien DTAG 100 % aus erneuerbaren Energien (RECS) seit 2008 Minimale CO 2 - Emissionen Vision Windenergie Solarenergie Erdwärme Gezeitenkraftwerk Realität Brennstoffzellentechnologie Nicht Thema dieser Präsentation Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

4 Energieverteilung in einem durchschnittlichen Rechenzentrum. Sonstiges Server 11 % HVAC-Kühlung 23 % 46 % HVAC-Lüfter 8% 4% 8% Beleuchtung USV Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

5 PUE Power Usage Effectiveness. Definition: Energieeffizienz im Rechenzentrum (PUE, Power Usage Effectiveness) PUE = Unser Schwerpunkt Gesamtenergie RZ Energieverbrauch IT-Ausstattung Rechenzentrum mit Umluftbetrieb (keine direkte freie Kühlung) Derzeit weltweit: 1,7 < PUE < 3 angestrebter PUE-Wert = 1,3 Optimierungsmöglichkeiten Anpassung der Raumtemperatur (ASHRAE): 22 C 25 C 27 C (Einsparung ~4%/ C ) Optimierung von Luftströmung/Lüfterdrehzahl/Druck (Einhausung) Höheres ΔT für CRAC-Einheiten Optimierung der Energiesysteme ΔQ =c v m dt Optimierung des Energieverbrauchs der IT-Ausstattung (z. B. CPU-Kapazität) Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

6 PUE Energiekosten und Emissionen im Vergleich. 12 MW Energieverbrauch IT-Ausstattung (4.000 m², 3 kw/m²) PUE = 1,9 200 Mio. kwh pro Jahr 20 Mio. pro Jahr* t CO 2 ** PUE = 1,3 137 Mio. kwh pro Jahr 13,7 Mio. pro Jahr* t CO 2 ** Einsparungen *0,10 /kwh ** 600 g CO 2 63 Mio. kwh pro Jahr 6,3 Mio. pro Jahr* t CO 2 ** Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

7 Motivation. Beobachtungen und Verantwortung Ständiger Anstieg des Energieverbrauchs in Rechenzentren Ständige Erhöhung der Dichte in Rechenzentren Ökologie/Low Carbon Society/Carbon Footprint Core Beliefs T-Systems Nachhaltigkeit und Corporate Responsibility. Erfordert weitere Studien zur Energieeffizienz in Rechenzentren: Infrastructure Test Lab Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

8 Allgemeine Pflichten und Verantwortlichkeiten. Analyse der verschiedenen Kühlvarianten (Einhausungen, Luftströmung, Temperatur, T, Luftfeuchte, LCR, ) Analyse verschiedener Energieversorgungssysteme (Wechselstrom/Gleichstrom) Ausweitung der Lastgrenzen in Rechenzentren (kw/m²) Verfügbarkeit von Gleichstrom Prüfung/Verbesserung der CFD-Modelle Evaluierung neuer Server- und Blade-Generationen Optimierung der Energieeffizienz Carbon Footprint und Kosteneinsparungen E2E-Betrachtung (Energieversorgungskette) Optimierung älterer Rechenzentren Blueprint für DC 2020 Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

9 Technische Merkmale. Kaltwasserversorgung (290 kw) CRAC EC CRAC FT Luftfeuchte CRAC Plattenwärmetauscher Kaltgangabschottung Warmgangabschottung Wassergekühlte Racks Gebäudemanagementsystem Datenpunkte 190 reale Server 8 (+1) Racks Wechselstrom-USV (250 kva) Gleichstromversorgung (48 V, 600 A) Höhenverstellbare Decke Beschichtete Wände Rauchgenerator Dauerinertisierung Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

10 Bilder. Draufsicht aus dem Besprechungsraum Einhausung und Cooltrans Kühleinrichtungen Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

11 Messaufbau Sensoren. Kaltwasserversorgung Decke Kaltgang Zwischenboden Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

12 Raumaufteilung mit Warm-/Kaltgängen (typische Schwachpunkte). Warmgang Kurzschluss Kaltgang Warmgang T Leck CRAC-Einheit Lüfter 100 % Leck Zwischenboden Leck Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

13 Kaltgangabschottung/Schrauben zur Optimierung. Kaltgang Luftkanal (systematisch) Warmgang Warmgang T: T: CRAC-Einheit Leck Druck Leck Lüfter Zwischenboden Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

14 Ausgangsbedingungen bei Eingangsmessung Status quo. Raumhöhe 2,7 m Keine Einhausung Fehlende Leerblenden Leck im Zwischenboden Perforierte Fliesen (Öffnung 38 %) Wasserversorgung mit 8 C Einlasstemperatur Server: 22 C FT-CRAC 100 % Lüfterdrehzahl 100 % CPU-Last (5 kw/rack) Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

15 Auswirkungen der Infrastrukturoptimierung DC 2020 Teil I. 5kW/Rack Power [kw] Status quo CMO basic CMO step 1 CMO step 2 CMO step 3 CMO step 4 CMO best case ΔPUE ~ 20 FMO ASHRAE FMO HW limit 2 Total Load 1,9 IT Load 1,8 PUE 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 PUE = Reduzierung der Lecks 2. Optimierung der Lüfterdrehzahl 3. Anbringen von Türen, opt. Lüfter 4. Anpassung der Fliesen, Optimierung der Lüfter 5. Vollständige Einhausung, opt. Lüfter 6. EC-Lüfter, Wasserversorgung 14 C 7. Wasserversorgung mit 24 C, Server-Einlass 27 C 8. Wasserversorgung mit 34 C, Server-Einlass 35 C Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

16 Auswirkungen der Infrastrukturoptimierung DC 2020 Teil II. 10 kw/rack Power [kw] Status quo CMO basic CMO step 1 CMO step 2 CMO step 3 CMO step 4 CMO best case ΔPUE ~ FMO ASHRAE FMO HW limit 2 Total Load 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 PUE = IT Load PUE Verdoppelung der IT-Last von ca. 5 kw/rack auf ca. 10 kw/rack Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

17 Lessons Learned künftige Anforderungen. PUE-Wert von 1,3 oder mehr ist mit den verfügbaren Standardtechniken bereits möglich Einhausungen erforderlich Standardisierte Racks und Hardware sind nützlich ( dynamische Services ) Neuanordnung der Hardware erforderlich ( klassische Services ) Lüfterdrehzahl und Temperatur sind am wichtigsten Erhöhung der Temperaturen (ASHREA 2008) Steigerung der Dichte auf > 10 kw/rack Kaltwasserversorgung > 20 C muss entwickelt werden Selbstanpassendes Infrastrukturmanagement für das Rechenzentrum Überzeugen von Anbietern und Kunden Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

18 Next Steps die Prozessorkomponente Phase 2. Phase 1: Schwerpunkt Erzeugung von Thermallasten Einstellung statische Last (0 100 % Verarbeitungslast, thermische Effekte) Aktuelle Ausstattung: 2x Xeon der Netburst-Generation mit 3,2 GHz, ca. 2004/5-Generation (max. Dichte von 80 CPUs/ Rack) Phase 2: Schwerpunkt umfassendes Enterprise-Load- Management Energiebegrenzung und andere Formen von Lastbegrenzung und -verteilung Nutzung von Private Cloud-Anwendungsstapeln Ausstattung: Xeon-Server der Nehalem-Generation mit Intel Node Manager/Data Center Manager (Blade-Dichte) Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

19 Partner/Sponsoren Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! F&A Infrastructure Test Lab Optimierung von Rechenzentrums-Management und -Effizienz. Dr. Rainer Weidmann, DC Engineering