Optimierung von Rechenzentren: Eine Lösung für die thermische Leistung

Da von Rechenzentren jedes Jahr erwartet wird, mehr Daten zu verarbeiten, steigt auch der Bedarf an Rechenleistung. Die Nachfrage nach mehr Rechenleistung treibt leistungsstärkere Datenracks und effizientere Rechenzentren an.

In den nächsten zehn Jahren rechnet die Branche mit einem Anstieg des Stromverbrauchs im Rechenzentrum. Auch wenn der Wunsch besteht, dass große Rechenzentren weniger Strom verbrauchen, steigt der Stromverbrauch von Geräten im Rechenzentrum weiter an. Von diesen Rechenzentren wird stets erwartet, dass sie die von der Öffentlichkeit geforderte Leistung erbringen und gleichzeitig den Stromverbrauch minimieren.

In heutigen Anlagen kann ein typisches Warmluft-Datenrack bis zu 15 Kilowatt Energie verbrauchen. Dies kann jedoch auf bis zu 30 bis 50 Kilowatt ansteigen, um leistungsstärkere Anlagen zu ermöglichen. Die höheren Temperaturen, die typischerweise bei höheren Leistungsstufen auftreten, können sich direkt auf die Langlebigkeit der Komponenten im Datenrack auswirken. Sensible Komponenten fallen in der Regel schneller aus, oder Systeme werden heruntergefahren, wenn das thermische Design nicht optimiert ist.

Eine effizientere Möglichkeit, diese Risiken zu managen, besteht darin, in Rechenzentrumsarchitekturen zu investieren, die die Verlustleistung und den Hochgeschwindigkeitsbetrieb unter Spitzenlasten ausgleichen. Dazu gehört die sorgfältige Auswahl elektronischer und optischer Komponenten, die bei festgelegten thermischen Bedingungen mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten können.

Vor Jahrzehnten betrug der erwartete Lebenszyklus von Rechenzentrumsgeräten etwa 20 Jahre. Heute haben der Leistungsdruck und kürzere Technologiezyklen die typischen Betriebsanforderungen auf unter 10 Jahre gesenkt. Mit jedem Technologieverbesserungszyklus aktualisieren Betreiber in der Regel Geräte, um das Rechenzentrum so effizient wie möglich zu gestalten. Dieser Trend zu verkürzten Lebenszyklen dürfte sich auch in den kommenden Jahren fortsetzen.

Um langfristige Effizienz zu erreichen, In der Regel muss das Design die thermische Umgebung, das Gerätedesign und die Rackkonfiguration berücksichtigen. All diese Aspekte können die Nettoeffizienz und die Energienutzung im Rechenzentrum beeinflussen. Ineffizienzen können schnell zu Geräteausfällen führen.

In der Regel beginnt der Schutz von Datenracks mit der Bestimmung der Grenzwerte für die Wärme, die das Datenrack effektiv entfernen kann und wie viel Wärme das Rechenzentrum insgesamt verwalten kann. Die meisten Datenracks werden mit einer Leistungsbilanz entwickelt, was bedeutet, dass jedes Datenrack über eine mit der thermischen Strategie im Einklang stehende Leistungsbilanz verfügen kann.

In der Regel basiert diese Bilanz auf den Einschränkungen des Rechenzentrums sowie darauf, wie viel Wärme oder thermische Verlustleistung aus dem Datensystem abgeführt werden muss.

Um die thermische Leistung zu optimieren, sollten Systemdesigner oftmals die Arbeit von Chip- und Leiterplattendesignern sowie dem Rechenzentrumsarchitekten und anderen Teams berücksichtigen. Dies könnte ihnen dabei helfen, zu verstehen, wie sie eine ausreichende Kühlung – auf allen Ebenen – für das Datenrack und seine Komponenten bereitstellen können.

Damit müssen Systemdesigner möglicherweise auch das zu lösende Optimierungsproblem definieren. Eine Lösung könnte beispielsweise die Wahl der Flüssigkeitskühlung umfassen. Dies ist in der Regel ein effizienter Weg, um das Rechenzentrum zu kühlen, kann aber auch teurer sein, da mehr Hardware benötigt wird und die Gefahr von Ausfällen steigt.

Um die Zuverlässigkeit zu optimieren, könnte der Luftstrom erhöht und mehr Redundanz hinzugefügt werden, während gleichzeitig höherwertige Endkomponenten verwendet werden. Geben Sie mehr für die Kühlung aus und verwenden Sie optional Komponenten mit kürzeren Lebenszyklen, um die Gesamtkosten zu verringern.

Bei der Optimierung geht es darum, zu wissen, welche Elemente sorgfältig geplant werden müssen und wo man Kompromisse eingehen muss. In Colocation-Rechenzentren beispielsweise liegt die Priorität des Wärmemanagements oft auf der Konstruktion von Racks, die auf einem konsolidierten Raum angemessen kühlen können.

Bei der Nachrüstung eines bestehenden Gebäudes besteht die Herausforderung darin, festzustellen, wie sich der Grundriss auf die thermische Strategie auswirkt. Soll beispielsweise ein städtisches Rechenzentrum nachgerüstet werden, müssen die Konstrukteure in der Regel kompakte, kleine und dicht angeordnete Datenracks wählen und eine Wärmemanagementlösung hinzufügen, die für eine hohe Energiedichte geeignet ist.

Bei TE berücksichtigen wir verschiedene Aspekte des Kundendesigns bei der Entwicklung unserer Lösungen, was bedeutet, dass die Teile so gefertigt werden, dass sie die thermischen Leistungsanforderung und das gesamte Systemdesign erfüllen. Unser Portfolio bietet eine breite Auswahl an Lösungen, die entwickelt wurden, um die Systemzuverlässigkeit und Übertragungseffizienz zu erreichen, die die meisten Rechenzentrumsbetreiber erwarten – einschließlich thermischer, mechanischer und elektrischer Leistung. 

Thermobrücken-I/O-Steckverbinder 

Die Input/Output (I/O)-Steckverbinder von TE sind für die Systemebene konzipiert, um die Kühlungsanforderungen in I/O-Transceivern zu erfüllen. Die Wärmebrücke kann dabei helfen, die Wärme von steckbaren I/O-Modulen effektiv abzuführen und mit einigen hocheffizienten Kühllösungen, wie z. B. Flüssigkeitskühlung, zu koppeln. Ein wesentliches Merkmal der Wärmebrücke ist ihre Konformität – sie ist in der Regel in der Lage, Variationen in der Maßtoleranz zu absorbieren, ohne die Wärmeleitfähigkeit zu opfern.

Im Vergleich zu herkömmlichen Schnittstellenmaterialien ist unsere Wärmebrücke eine Größenordnung effizienter, wenn es darum geht, Wärme über die Schnittstelle zu bewegen. Die flexible Beschaffenheit in Kombination mit dem allgemein geringen thermischen Widerstand an der Schnittstelle kann die Lebensdauer heißer und empfindlicher optischer Komponenten entscheidend verlängern.

ICCON Portfolio

Unser ICCON Portfolio besteht aus Stift- und Buchsensteckverbindern. Diese sind darauf ausgelegt, immer größere Strommengen durch immer kleinere Räume zu leiten. In der Regel gibt es mit dem Stift- und Buchsenansatz weniger Widerstandsverluste durch mehrere Kontaktpunkte. Mit weniger Verlusten wird weniger Wärme erzeugt, die das System abführen muss.

Da die Stromversorgung in Rechenzentren ständig ansteigt, muss man sich normalerweise nicht nur damit befassen, wie man die Wärme ableitet, sondern auch, wie man die Stromversorgung der Geräte liefert. Die ICCON Produktlinie ist so konzipiert, dass sie Strom auf eine so effiziente Weise liefert, dass es nicht viele Verluste gibt. So kann das Rechenzentrum mit zunehmender Thermik mehr Strom liefern.

Wir bieten auch eine Vielzahl von thermischen Produkten im I/O-Bereich. Was für Ihr Rechenzentrum das Richtige ist, hängt von der thermischen Strategie der Anlage ab. Für herkömmliche Kühlsysteme bieten wir eine  Vielzahl von Kühlkörpern an, die in Schalter- oder Adapter-Netzwerkschnittstellenkarten eingesetzt werden können. Bei TE sind wir zu effizienteren Kühlkörpern auf Basis von Dünnfilmtechnologien übergegangen, die den thermischen Widerstand für die Verbindung zwischen Kühlkörper und steckbaren Modulen verbessern. Wir entwickeln auch Kühlkörpertechnologien, die die thermischen Strategien jedes Kunden berücksichtigen können.

Auf der Makroebene, also von dem Punkt, an dem der Strom in das Rechenzentrum eintritt, bis zu dem Punkt, an dem er verbraucht wird, gibt es einen Verlust von 10 bis 15 % in dieser Stromverteilung bis zum tatsächlichen Verbrauchspunkt. Dieser Leistungsverlust tritt normalerweise als Wärmequelle auf, die durch das gesamte Kühlsystem wieder abgekühlt werden muss. Unser Fokus liegt bei TE auf der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitssteckverbindern und Sammelschienen-Steckverbinder mit mehr Effizienz.

Um Datensysteme zu entwickeln, die auf die thermischen Anforderungen eines Rechenzentrums zugeschnitten sind, sollten Systemdesigner nach einem Partner suchen, der das Design-Know-how und ein Komponentenportfolio mitbringt, das für die  schwierigen thermischen Herausforderungen ausgelegt ist und sich an Industriestandards orientiert, die die Mindestanforderungen festlegen. Wenn Sie sich für TE entscheiden, gewinnen Sie einen Partner, der Sie dabei unterstützen kann, die Betriebsanforderungen effektiv zu erfüllen und der Ihnen helfen kann, Ihr Systemdesign anzupassen, um eine optimale Leistung zu erreichen.