Fabian Buda, Consultant der Data Center Group, wurde in einem Interview zu diversen Themen in Bezug auf Kühlung befragt. Er beschreibt die Vor- und Nachteile der Wasserkühlung, Vorteile der Direktwasserkühlung, den Einfluss der Kühlungsart auf Zertifizierungen, den Energieverbrauch der Kühlung in einem Rechenzentrum sowie die zusätzliche Luftkühlung trotz Wasserkühlung für bestimmte Infrastrukturen. Des Weiteren klärt er zentrale Begriffe zur Energieleistung bei Rechenzentren. Was sind PUE und WUE und welchen Einfluss hat die Art der Kühlung auf diese Kennzahlen? Wie hoch ist die durchschnittliche Leistungsaufnahme eines Rechenzentrums in Deutschland und welche Rechenzentrumskategorien unterscheidet man?
Luft- vs. Wasserkühlung – Was sind Vor- und Nachteile?
Der Vorteil der Luftkühlung ist, dass man die vorhandene, klassische IT verwenden kann, die man überall bekommt. Die Wasserkühlung ist in der heutigen Zeit ein Exot für verschiedene Anwendungen, denn sie ist nur in bestimmten Bereichen standardisiert. Deswegen wird zumeist die Luftkühlung verwendet, da man dort alle Komponenten bekommt. Ein weiterer Vorteil der Luftkühlung besteht darin, dass man sie in bestehenden Räumlichkeiten verwenden kann. Die vorhandene Infrastruktur muss nicht komplett umgebaut werden, sondern gewachsene Strukturen können verwendet werden. Die Wasserkühlung erfordert einen höheren Investitionsaufwand, um die benötigte Technologie bereitstellen zu können. Sprich: „Ich habe eine Schnittstelle, jetzt kann man mit der Wasserkühlung arbeiten.“ Es wird also zu Beginn immer ein einmaliger Investitionsaufwand benötigt. Wenn ich die Wasserkühlung aber einmal habe, bedeutet dies aber deutliche effizientere Betriebsweisen. Höhere Temperaturen im Vorlauf führen zu höheren Temperaturen im Rücklauf, die für andere Zwecke wiederverwendet werden können, beispielsweise zum Heizen. Das kann die Vorerwärmung für die Heizung oder neue niedrige Energieanwendungen zur direkten Anwendung bedeuten. Rechenzentren in Schweden arbeiten bereits mit höheren Temperaturen, die für umliegende Bezirke verwendet werden können. Verschiedene Campusse in Dresden der München speisen ein Fernwärmenetz, was hauptsächlich durch das Rechenzentrum versorgt wird. Ich sehe das Rechenzentrum in Zukunft nicht als Energieverbraucher, der Strom aufnimmt und warme Luft abgibt und somit seine Umwelt verschandelt, sondern vielmehr in Symbiose mit der Stadt arbeitet. Dies gilt aktuell noch als Exot. Aktuell verwendet man Strom und erzeugt warme Luft und gibt diese an die Umwelt ab. Das ist aus meiner Sichtweise sinnlos. Wir haben die aktuelle politische Lage und die Wärmewende, die die Augen öffnen sollte. Aktuell haben wir noch einen Boom in Deutschland beim Thema Rechenzentren, dessen Potential wir ausnutzen sollten. Wir sollten aufzeigen, dass wir potenzielle Energiequellen haben, dir wir problemlos „anzapfen“ können.
Was sind die Vorteile einer Direktwasserkühlung in einem Server?
Vorteile der Direktwasserkühlung, also der Chipkühlung, bestehen darin, dass man den physikalischen Isolator Luft nicht hat. Man muss Energien nicht auf bestimmte Trägermedien umwandeln (Wasser-Luft-Wasser), sondern hat den direkten Oberflächentherm (Wasser-Kupfer-Chip). Dadurch hat man einen sehr guten Wärmeleiter und kann viel höhere Temperaturen fahren. Nachteil ist der der Best-Practice-Standard, weil wir Gewohnheitstiere sind. Der Mensch erkennt die Technologie Luft als Schutzschild, Wasser dagegen wird als Gefahr gesehen, die er nicht in seinem Rechenzentrum haben will. Man erkennt den Wandel der Technologie nicht und die Sicherheiten, die seit Jahrzehnten erprobt sind. Durch die Annahme, man habe in der Rechenzentrumswelt keinen Bedarf an Wassertechnologie, ist die Technologie außerdem noch unproportional teuer.
Spielt das Thema Zertifizierung bei der Wahl der Kühlungsart in Rechenzentren eine Rolle?
Beim Thema Zertifizierung kommt es zur großen Herausforderung, die komplett standardisierten Zertifizierungs-Kataloge der anerkannten Gremien in Einklang zu bringen, weil diese den Server als nicht ausfalltoleranten Punkt in der Mitte sehen. Alles, was drum herum ist, muss ausfalltolerant und verfügbar sein. Die Infrastruktur muss also redundant in Bezug auf Stromquelle oder Kühlung sein, kommt aber mit der Information nicht zurecht, dass die Serverlandschaft an sich redundant ist, sodass nur die Kapazität sinkt, wenn ein Server, der an einer Wasserquelle angeschlossen ist, ausfällt, aber noch ein zweiter Server verfügbar ist. Die in Deutschland und Europa anerkannte Norm DIN EN 50600 denkt gar nicht so weit, dass eine Rechenzentrumskühlung mit Wasser möglich ist.
Wie hoch ist der Energieverbrauch der Kühlung in einem Rechenzentrum?
Die Energieaufwendung für die Kühlung beträgt aktuell 10-15%. Bei klassischen Rechenzentren kann der Wert auf bis zu 70% steigen, da die Anlagen keine effizienten Temperaturen fahren. Oft sind Serverräume in diesem Fall viel zu stark gekühlt.
Warum wird in Serverräumen der Wasserkühlung Luftkühlung eingesetzt?
Luftkühlung wird neben der Wasserkühlung zusätzlich benötigt, um besondere Infrastrukturen wie die Stromversorgung der Server oder Netzwerkinfrastrukturen zu kühlen. Diese benötigen gekühlte Luft.
Was ist der PUE (Power Usage Effectiveness)?
Der PUE ist das Verhältnis der eingesetzten elektrischen Leistung für das gesamte Rechenzentrum im Verhältnis zu der elektrischen Leistung der IT. Der PUE sollte nicht als Kennzahl für Nachhaltigkeit gewertet werden, sondern eher als Performance-Indikator für einen einzelnen Standort. Der PUE kann nicht standortübergreifend als Kennzahl verglichen werden, da für jeden Standort verschiedene Bedingungen gelten. Verfügbarkeiten fallen beim PUE nicht ins Gewicht, denn viele Rechenzentren habe einen viel höheren Verfügbarkeitsbedarf, benötigen also eine höhere elektrische Leistung, um Verfügbarkeiten im Stand-by aufrechtzuerhalten. Der PUE gibt keine Auskunft hierzu. Man kann hochgradig nachhaltige Rechenzentren betreiben, die einen schlechten PUE haben, aber für bestimmte IT-Anwendungen verfügbar sein müssen.
Was ist der WUE (Water Usage Effectiveness)?
In der heutigen Zeit spielt die Ressource Wasser eine sehr große Rolle. Deshalb ist es wichtig, sich den WUE kontinuierlich anzuschauen. Bei der Frage nach der Nutzung von Wasser stellt sich auch die Frage nach der Verfügbarkeit. Der Grundwasserspiegel sinkt und Rechenzentrumsbetreiber müssen Sorge tragen, da diese die Ressource Wasser stark nutzen. Die Data Center Group verwendet ungern Wasser für Adiabatik. Wir verwenden die klassische Luftkühlung dafür, um Gefahren wie Legionellen, Schwadenbildung und daraus folgend die BlmSchG komplett ausklammern zu können. Dadurch verwenden wir PUE und Stromeffektivität, aber können sicher sein, dass wir die kostbarste Ressource der Erde, das Wasser, nicht ausgeben.
Wie hoch ist die durchschnittliche Leistungsaufnahme eines Rechenzentrums in Deutschland?
Es gibt verschiedene Rechenzentrumskategorien. Das klassische In-House-Rechenzentrum, was man in seinem eigenen Keller hat, hat eine Range von 3 kW bis hin zu geringen 100 kW. Edge-Datacenter sind für ein gewisses Kundenspektrum vorhanden, in dem sich mehrere Unternehmen eine Fläche oder ein Gebäude teilen. Diese haben eine Range von 100 kW bis hin zu 3 MW. Weiterhin hat man noch die Hyperscaler-Datacenter, auch Colocation-Betrieber genannt, die meist ab 3 MW starten, aber klassischerweise 10-30 MW besitzen.
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