Nachhaltigkeit in Rechenzentren: Vier neue Topics auf der Agenda

Das Thema Nachhaltigkeit beim Bau von Rechenzentren gewinnt immer mehr an Bedeutung, da die Nachfrage nach Datenverarbeitung und -speicherung stetig wächst.

Umweltfreundliche Praktiken in diesem Bereich sind entscheidend, um den ökologischen Fußabdruck zu minimieren. 

Schlüsselelemente

Bisher konzentrierte sich das Thema Nachhaltigkeit beim Bau von Rechenzentren auf folgende Punkte:

1.Energieeffizienz: Moderne Rechenzentren verbrauchen enorme Mengen an Energie, hauptsächlich für die Kühlung der Server. Der Einsatz von energieeffizienten Kühlungssystemen, wie etwa freie Kühlung, die Außenluft nutzt, oder die Verwendung von flüssigkeitsbasierter Kühlung, kann den Energieverbrauch deutlich reduzieren.

2. Erneuerbare Energiequellen: Die Integration von erneuerbaren Energiequellen wie Solarenergie, Windenergie oder Biogas ist ein weiterer wichtiger Schritt. Viele große Technologieunternehmen investieren in erneuerbare Energieprojekte, um ihre Rechenzentren zu betreiben.

3. Nachhaltige Bauweisen: Der Einsatz umweltfreundlicher Baumaterialien und die Berücksichtigung von Faktoren wie Wasserverbrauch und Abfallmanagement während des Baus sind entscheidend. Zudem kann eine umweltbewusste Planung dazu beitragen, die Auswirkungen auf lokale Ökosysteme zu minimieren.

4. Wärmerückgewinnung: Die beim Betrieb der Server entstehende Wärme kann wiederverwendet werden, beispielsweise zur Beheizung von Büros oder anderen Einrichtungen. Dies verringert nicht nur den Energieverbrauch, sondern auch die Gesamtkosten.

5. Skalierbare und modulare Designs: Der Bau skalierbarer Rechenzentren, die bei Bedarf erweitert werden können, vermeidet Überdimensionierung und spart Ressourcen. Modulare Designs ermöglichen zudem eine effizientere Wartung und Aktualisierung der Infrastruktur.

6. Grüne Zertifizierungen: Zertifizierungen wie LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) oder das EU-Umweltzeichen können als Richtlinien für nachhaltige Baupraktiken dienen und helfen, die ökologischen Standards zu erhöhen.

7. Standortwahl: Die Auswahl eines Standorts mit natürlichem Kühlungspotenzial oder Nähe zu erneuerbaren Energiequellen kann die Umweltauswirkungen erheblich reduzieren. Auch die Nähe zu Nutzern kann die Latenzzeiten verringern und somit die Effizienz steigern.

8. Digitale Effizienz: Neben dem physischen Bau ist auch die Softwareeffizienz wichtig. Optimierungen in der Datenverarbeitung und -speicherung können den Energiebedarf senken.

Insgesamt ist der nachhaltige Bau von Rechenzentren ein komplexes Unterfangen, das eine ganzheitliche Betrachtung von Umwelt-, Energie- und Effizienzaspekten erfordert. Durch die Berücksichtigung möglichst vieler Faktoren können Unternehmen nicht nur ihre Umweltbilanz verbessern, sondern auch langfristig Kosten sparen und ihre Betriebseffizienz steigern.

Vier neue Themen

In den letzten 12 Monaten sind gleich vier Themen zunehmend neu auf dem Radarschirm erschienen und einer der Hauptakteure ist hier Vertiv. Die Aspekte Liquid Cooling, Prefabricated Modular Data Center, Holz als nachhaltiger Baustoff beim Bau von Rechenzentrum und, wenn wundert es, der Einsatz von KI.

Liquid Cooling

Angesichts des zunehmenden Bedarfs an datenintensiven Anwendungen überprüfen Rechenzentrumsbetreiber vermehrt die Einführung von Flüssigkeitskühlungssystemen. Diese Entwicklung wird durch die wachsende Verbreitung von Cloud-Services, den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) für komplexe Analysen und Entscheidungsfindungen sowie durch die Nutzung von Blockchain- und Kryptowährungstechnologien vorangetrieben. Es wird prognostiziert, dass der Markt für Flüssigkeitskühlung bis zum Jahr 2026 ein Volumen von 3 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Moderne Rechenzentren stehen vor der Herausforderung, dass der Strombedarf pro Rack zunehmend ansteigt – von derzeit über 20 Kilowatt (kW) auf zukünftig möglicherweise über 50 kW. CPUs und GPUs der neuesten Generation erzeugen eine höhere Wärmedichte als ihre Vorgängermodelle, und Serverhersteller integrieren zunehmend mehr dieser Komponenten in einzelne Racks, um die wachsende Nachfrage nach High-Performance-Computing und KI-Anwendungen zu decken.

Luftkühlsysteme stoßen in diesem Kontext an ihre Grenzen, da sie nicht in der Lage sind, Racks mit hoher Dichte effizient und nachhaltig zu kühlen. Flüssigkeitskühlung, die bereits bei Mainframes und in der Gaming-Industrie etabliert ist, bietet hier eine Lösung. Sie nutzt die überlegenen Wärmeübertragungseigenschaften von Wasser oder anderen Flüssigkeiten, um eine effiziente und kosteneffektive Kühlung zu ermöglichen. Flüssigkeitskühlung kann bis zu 3.000 Mal effektiver sein als Luftkühlung und wird zunehmend zum Schutz von Servern in Rechenzentren weltweit eingesetzt.

Wichtig wird sein, den Betreibern von Rechenzentren ein besseres Verständnis für die Herausforderungen, Möglichkeiten und technischen Anforderungen der Flüssigkeitskühlung zu vermitteln und sie bei der Entscheidung zu unterstützen, wie Flüssigkeitskühlung in ihren Einrichtungen implementiert und skaliert werden kann. Dazu zählen:

• Die Anforderungen an das Design flüssiggekühlter Rechenzentren
• Überwindung von Marktakzeptanzbarrieren
• Energieeffizienz und Nachhaltigkeitskennzahlen für Alternativen zur Flüssigkeitskühlung
• Wie sich die Wirtschaftlichkeit der Immersionskühlung entwickelt

Vorgefertigte modulare Rechenzentren

Generell ist das kein ganz neues Thema. Hier war Rittal einer der Vorreiter. Das Unternehmen bietet Rechenzentrums-Container mit Blue e+ Outdoor-Kühltechnologie. Highlight ist hier die innovative Außenklimatisierung für Rechenzentrums-Container. Denn mit der Zunahme des Datenvolumens und den daraus resultierenden höheren Anforderungen an die IT-Infrastruktur stoßen viele Unternehmen auf Platzprobleme in ihren bestehenden IT-Bereichen. Eine praktische Lösung für die Erweiterung der IT-Infrastruktur im Freien bietet der Einsatz von Rechenzentrums-Containern. Diese Container sind nicht nur mobil und skalierbar, sondern auch sicher und schnell verfügbar. Ihr modularer Aufbau ermöglicht eine flexible und individuelle Anpassung an spezifische Bedürfnisse.

Eine besondere Neuerung stellt die Rittal Blue e+ Outdoor-Kühltechnologie dar, die an der Außenseite des Rechenzentrums-Containers angebracht wird. Dieser innovative Ansatz bedeutet, dass innerhalb des Containers kein Platz mehr durch Kühlgeräte belegt wird, wodurch mehr Raum für Ihre Racks zur Verfügung steht. Zudem bietet die Hybrid-Technologie der Blue e+ Outdoor-Klimatisierung eine umweltschonende, kosteneffiziente und energieeffiziente Lösung zur Temperaturregulierung.

Vertiv geht hier einen etwas anderen Weg. Anders als bei traditionellen, fest installierten Bauweisen bieten vorgefertigte, modulare Rechenzentren – auch als integrierte Modullösungen oder containerisierte Rechenzentren bekannt – eben maßgeschneiderte Lösungen, die genau auf die spezifischen Anforderungen Ihres Unternehmens zugeschnitten sind, um eine passgenaue, sichere Infrastruktur zu gewährleisten. 

Mit den schnell wechselnden Anforderungen im Bereich der Rechenzentren verringert eine Lösungsarchitekturkompetenz die Komplexität beim Aufbau des Rechenzentrums. 

Dazu bietet das Unternehmen All-in-One-IT-Modullösungen. So lassen sich nahtlos Stromversorgung, thermisches Management und weitere benötigte Lösungen kombinieren, die alle vorintegriert sind und außerhalb des Standorts bereits im Werk getestet werden. Dies reduziert die Bereitstellungszeit und die Arbeit vor Ort erheblich. 

Neu: Holz als Baustoff

Im November 2023 dann eine weitere Innovation, Vertiv stellt den Prototyp des TimberMod vor. Er kann den CO2-Fußabdruck im Vergleich zu Alternativen aus Stahl erheblich reduzieren. Dazu gibt es zwei TimberMod-Produktlinien, die Vertiv Power Module– und die SmartMod-Produktfamilie. Dabei handelt es sich um eine Variante, bei der Massivholz anstelle von Stahl die Hauptstrukturkomponente für vorgefertigte modulare Rechenzentrumslösungen (PFM) bildet.

Mit diesem Produkt, das in Nordamerika und in Europa, dem Nahen Osten und Afrika (EMEA) erhältlich ist, will das Unternehmen sein Engagement und die Nachhaltigkeitsziele seiner Kunden durch die Verwendung eines umweltfreundlicheren Materials unterstützen und so den Ressourcenverbrauch und die CO2-Emissionen zu verringern.

Massivholz aus nachhaltig geerntetem Holz dient als erneuerbares Baumaterial und kann den CO2-Fußabdruck im Vergleich zu vergleichbaren Produkten aus Stahl über den kompletten Produktlebenszyklus bis zu dreimal verringern. Man hat es sich zur Aufgabe gemacht, Lösungen anzubieten, die nicht nur hohe Leistungsstandards erfüllen, sondern auch zu den weltweiten Bemühungen um eine Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen. Das neue Produkt fügt sich nahtlos in diese Bemühungen ein.

Vertiv TimberMod erfüllt die geltenden bautechnischen Anforderungen und bietet eine robuste Leistung angesichts von seismischen Aktivitäten, Windkräften und strukturellen Anforderungen. Neben den statischen Eigenschaften verleiht diese innovative Lösung der Architektur von Rechenzentren auch eine ästhetische Dimension und bildet mit ihrem Design eine elegante Einheit mit verschiedenen Umgebungen.

„Wir haben uns der Suche nach innovativen Lösungen verschrieben, die dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck von Rechenzentren durch den Einsatz umweltfreundlicher Baumaterialien und -verfahren zu reduzieren“, so Viktor Petik, Vice President und EMEA-Leiter des Geschäftsbereichs Integrated Modular Solutions von Vertiv. „Durch die Verwendung von Materialien aus erneuerbaren Quellen bietet Vertiv TimberMod nicht nur eine umweltfreundlichere Option, sondern geht auch keine Kompromisse bei der Leistung ein, was sich sowohl auf die Umwelt als auch auf die betriebliche Effizienz unserer Kunden positiv auswirkt.“

Vertiv TimberMod wurde auf der Vertiv-Pressekonferenz „Vertiv Driving Innovation 2023: The Prefabricated Modular Revolution“ in Zagreb vorgestellt und ist die neueste Ergänzung eines wachsenden Portfolios von Standard- und anpassbaren PFM-Lösungen. Warum Zagreb? Das neue Produkt wurde komplett am kroatischen Standort Rugvica Nahe Zagreb entwickelt und geplant. 

Vertiv bietet darüber hinaus End-to-End-Services an, die eine schnelle Bereitstellung und einen effizienten Betrieb ermöglichen. Dieser umfassende Support umfasst die Inbetriebnahme, die laufende Wartung, die Fernüberwachung und die Schulung und bietet den Kunden so eine ganzheitliche Lösung.

Was ist mit dem Argument Feuer?

Mit den Modulen, bei der Massivholz anstelle von Stahl als Strukturelement verwendet wird,  unterstützt diese Alternative die Nachhaltigkeitsziele ders Kunden, indem ein umweltfreundlicheres Material verwendet wird, das den Ressourcenverbrauch minimieren und die Emissionen senken kann. Nun könnte als Gegenargument noch die brennbarkeit von Holz ins Feld geführt werden. Wer mag schon gerne in abgefackeltes Rechenzentrum?

An dieser Stelle gibt es von seiten Vertiv eine klare Entwarnung. Dieser Baustoff wurde natürlich besonders argwöhnisch getestet. Und auch hier schneidet der Baustoff Holz besser ab als seine Kollegen aus Stahl. That’s it!

Die KI-Komponente

Last but not least bleibt das Thema KI. Was hat dies für einen Impact auf die Rechenzentren? Seit dem vergangenen Jahr hat sich die Diskussion in der IT-Branche zunehmend auf Nachhaltigkeit und Rechenzentren konzentriert. Angesichts des Drucks von Kundenseite hin zu umweltfreundlicheren Ansätzen setzen Rechenzentren auf ganzheitliche Strategien zur Reduzierung ihrer CO₂-Emissionen, wobei Künstliche Intelligenz (KI) eine Schlüsselrolle spielt.

Laut einem McKinsey-Bericht bietet KI-Potenzial für erhebliche Energieeinsparungen im Netz, indem sie große Datenmengen zu Verkehrsmustern, Echtzeitnachfrage und Verfügbarkeit von Netzressourcen analysiert und automatisierte Entscheidungen über den Ruhemodus oder die Abschaltung von Systemteilen trifft. KI-gestützte Werkzeuge können betriebliche Einsparungen von 5 bis 7 % erzielen und Energiekosten um 5 % senken, indem sie kontinuierlich Kühler, Pumpen und Lüfter kalibrieren.

KI bietet jedoch nicht nur Vorteile für das Energiemanagement von Rechenzentren. Da sie große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten kann, hilft sie dabei, Ausfälle zu erkennen, Stromausfälle vorherzusagen und technische Eingriffe zu erleichtern, was für den ununterbrochenen Betrieb der Infrastruktur wesentlich ist. Ein Bericht des Ponemon Institute aus dem Jahr 2021 zeigte, dass zentrale Rechenzentren durchschnittlich 2,4 Totalabschaltungen pro Jahr erleiden, die jeweils länger als zwei Stunden dauern, zuzüglich zu fast 10 kleineren Ausfällen. Laut dem Uptime Institute könnten 76 % dieser Vorfälle mit den richtigen Werkzeugen vermeidbar sein.

Thema Stromausfall

Apropos Stromausfall: das Thema ist nicht so weit weg. Im November 2023 gab es im Equinix Rechenzentrum in Frankfurt einen tagelangen Stromausfall. Betroffen waren Tausende Kunden unter anderem von IONOS.

Nach Erscheinen des Artikels hat uns die Equinix-Agentur dazu folgendes mitgeteilt: „Am Dienstag, den 8. November, kam es im FR7 International Business Exchange (IBX) von Equinix in Frankfurt zu einer kurzen Unterbrechung der Stromredundanz, die nicht mit einem Stromausfall unsererseits gleichzusetzen ist. Die Situation wurde bei Equinix noch am selben Nachmittag, als die Stromredundanz wiederhergestellt war, schnell unter Kontrolle gebracht.“

In der Folge haben wir an die Agentur einen Fragekatalog gesendet, um den Sachverhalt genauer darzustellen. Der Fragenkatalog sah wie folgt aus:

• Wie definieren Sie Stromunterbrechung vs. Stromausfall?
• Sie schreiben in Ihrer Mail von kurzen Unterbrechung der Stromredundanz. Was genau meinen Sie, s. Link
  https://community.fs.com/de/article/understanding-data-center-redundancy.html
• Warum haben bei Equinix alle Redundanzsysteme versagt?
• Wie lange genau hat das Versagen gedauert?
• Nach meinen Informationen ist das Stromnetz mehrfach zusammengebrochen? Stimmt das?
• Warum haben Kunden nach dem Supergau tagelang zur Wiederherstellung ihrer Server benötigt?
• Desweiteren stellt sich natürlich die Frage nach SLAs und Schadensersatz. Wie sieht es da aus? Ist Equinix gegen solche Schäden versichert?
• Was wurde unternommen, um künftig solche Vorfälle zu verhindern?

Equinix antwortete wie folgt:

„Das Geschäft von Equinix ist die Hochverfügbarkeit von Strom, Kühlung und Interconnection, gerne auch in dem etwas breiteren Begriff „Housing“ zusammengefasst. Die Server in den Racks und Cages sind im Eigentum des Kunden, genauso wie die darauf laufende Software und Daten – Equinix hat hier keinen Zugriff. Die Installation der Server geschieht durch den Kunden selbst, oder wird beauftragt. Dazu gehört auch der Anschluss an den Stromanschluss, der von Equinix bis zum Cage zur Verfügung gestellt wird.

Equinix bietet stets eine Redundanz an, das heißt zwei separate Stromanschlüsse bis zum Kundenbereich, um im Falle einer Beeinträchtigung einer Leitung noch eine zweite funktionierende Zuleitung zu haben. Ob der Kunde die Redundanz nutzt, wie bereitgestellt, hängt von ihm ab. Dies ist individuell vertraglich geregelt und dem jeweiligen Kunden überlassen – auch, wie er sich an die beiden Leitungen anschließt, da es hier verschiedene Optionen gibt. Equinix empfiehlt aber natürlich allen Kunden ausdrücklich diese Option zu nutzen.

Da dies in der Regel im Bereich des Kunden liegt, ist es für Equinix oftmals nur schwer möglich zu eruieren, warum es bei Kunden zu Stromausfällen kommt und zum anderen dürften wir es nicht kommentieren, da unsere Kundenbeziehungen unter eine Verschwiegenheitspflicht fallen. Dazu gehört dann auch die Frage, warum Kunden gegebenenfalls lange benötigen, die Systeme wieder zum Laufen zu bekommen.

Unsere Redundanz ist je nach Rechenzentrum unterschiedlich in der Technik aufgebaut, auch je nach Alter der Gebäude (2N, N+1, N+2), aber ist immer für die relevanten Infrastruktur Systeme vorhanden, sodass ausreichende Infrastruktur für den Betrieb zur Verfügung steht. Sollte also zum Beispiel eine der redundanten Stromzuleitungen ausfallen, steht die andere Stromzuleitung zur Verfügung – doch die Redundanz ist weg. Die zweite Leitung wurde am betroffenen Tag wieder in Betrieb genommen und somit war auch die Redundanz wiederhergestellt.

Wir arbeiten stets an Verbesserungen, um sicherzustellen, dass die Redundanz in unseren Rechenzentren nicht ausfällt, und sind mit unseren Kunden stets in engem Austausch, sollte es hier Probleme geben. Auch schauen wir stets im Zuge eines post-mortem Verfahrens darauf, ob andere Anpassungen aus solchen Vorfällen vorgenommen werden müssen, und haben auch hier vor Ort bereits Leitungen und Sicherungen vorsorglich getauscht.“

Was KI leisten kann

KI ist auch ein leistungsfähiges Instrument. Es kann etwa für die vorausschauende Wartung, basierend auf Datenanalysen, eingesetzt werden. Sie kann potenzielle Probleme in Anlagen erkennen, bevor sie zu echten Problemen werden, was zu einer höheren Verfügbarkeit des Rechenzentrums führt. In der Stromversorgungsinfrastruktur tragen vorausschauende Dienste dazu bei, Anlagen zu bewerten, Korrelationen zwischen Ereignissen zu erkennen, die zu Ausfällen führen könnten, und die Lebensdauer der Anlagen zu überwachen.

Die Fernüberwachungsdienste Life von Vertiv nutzen KI und maschinelles Lernen für Transparenz, Analysen und Diagnosen kritischer Dienste in Echtzeit, um das Netzwerk ständig präventiv zu bewerten. Diese Überwachung funktioniert rund um die Uhr und ist mit einem Remote Response Center verbunden. Bei Störungen senden die Life Services automatisch Informationen an das Expertenteam, das bei der Diagnose des Problems hilft und bei Bedarf den nächstgelegenen Techniker entsendet, um den normalen Betrieb wiederherzustellen.

KI kann also dazu beitragen, Zwischenfälle in Rechenzentren zu verhindern, die Reaktionszeit bei Ausfällen zu verkürzen und durch eine effizientere und weniger fehleranfällige Infrastruktur auch die CO₂-Emissionen zu reduzieren. Die Auswahl der richtigen Werkzeuge und Partner ist entscheidend, um diese Ziele zu erreichen.