Zeit für neue Maßstäbe im Rechenzentrumsdesign
Während vielen Planern die „Catcher-Architektur“ oder „Blockredundanz-Architektur“ ein Begriff ist, haben sich jedoch nur wenige mit dem Modell intensiv vertraut gemacht. Doch das wird sich bald ändern.
Die heutigen Rechenzentren stehen vor großen Herausforderungen: sie müssen bei steigender Nachfrage höchstmögliche Verfügbarkeit bieten, einen kontinuierlichen Service bereitstellen und jederzeit Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit im Fokus behalten. Diese Faktoren bilden inzwischen die Leistungsgrundlage für jedes leistungsstarke Rechenzentrum – alle streben zugleich erhebliche Einsparungen bei CAPEX und OPEX an, um eine optimierte elektrische Verteilung zu erreichen, die durch ein Höchstmaß an Ausfallsicherheit abgesichert ist.
Wie wirkt sich also architektonische Belastbarkeit auf die Zukunft der Auslegung und Verfügbarkeit von Rechenzentren aus, und kann eine intelligente Planung dabei helfen, einigen der schwierigeren Herausforderungen zu begegnen, denen sich Rechenzentren mit Blick auf ihre künftig erwartete Leistung gegenübersehen?
Optimierung der Infrastruktur von Rechenzentren mit blockredundanter verteilter Architektur
Betrachtet man die Architekturstrategie aus der Perspektive des Planers, so sind die Bereitstellung eines kontinuierlichen, zuverlässigen Diensts und die Vermeidung von Ausfallzeiten von zentraler Bedeutung, wobei sich die Verfügbarkeit aus der architektonischen Ausfallsicherheit und der Optimierung der Gesamtbetriebskosten ergibt. Mit Blick auf die Zukunft ist neben CAPEX und OPEX auch der CO2-Fußabdruck von entscheidender Bedeutung – all dies wird durch architektonische Entscheidungen beeinflusst. Von solch frühen Planungsentscheidungen hängt auch die Komplexität der Wartung ab. Werden bezüglich der elektrischen Verteilungsarchitektur die Weichen falsch gestellt, kann es später unnötig kompliziert werden.
Wenn es um die Planung geht, ist Resilienz zu einem Schlagwort geworden. Hierbei geht es vor allem um Flexibilität und modulare Lösungen, die auf die heutigen Bedürfnisse einer Anlage zugeschnitten sind, aber im Lauf der Zeit skaliert und angepasst werden können müssen.
Bestimmte Auslegungen minimieren den Bedarf an redundanter Hardware und optimieren die Kennzahl der eingesetzten Energie (PUE), was die Anzahl der installierten Geräte, die Kapitalkosten und den CO2-Ausstoß verringert und gleichzeitig die Wartung vereinfacht.
Alle diese Anforderungen erfüllt die Catcher-Architektur.
Wie passt die Catcher-Architektur zu typischen USV-Topologien?
Bei der traditionellen 2N-Redundanz verfügt ein Rechenzentrum über eine doppelte Ausstattung der kritischen Komponenten, damit kein einziger Ausfallpunkt den Gesamtbetrieb unterbrechen kann. Selbst bei einem Ausfall einer Komponente läuft das System ohne Unterbrechung weiter und bietet so eine außerordentliche Zuverlässigkeit.
Diese Sicherheit bei ungeplanten Wartungsarbeiten oder unerwarteten Fehlern durch das doppelte Vorhandensein der gesamten elektrischen Ausrüstung wie Generatoren, Wechselrichtern, USV-Systemen, Schaltern usw. hat allerdings einen hohen Preis: doppelte Anschaffungskosten und doppelter Platzbedarf.
Weiterentwickelte Architekturen ermöglichen nun eine Senkung der anfänglichen Investitionskosten, indem sie ein hohes Maß an Redundanz durch Verteilung oder Catcher-Architekturen gewährleisten.
Verteilte Architekturen wie 4N3 und 5N4 optimieren die Stromredundanz, indem sie sie auf verschiedene Systeme aufteilen.
Dies allerdings erhöht die Anlagenkomplexität, da die Stromverteilung zu den IT-Racks für jeden Stromfluss eine andere Stromschiene verwendet. Das kostet Geld und macht die Wartung schwieriger.
Beim Beispiel einer 4N3-Architektur sind die vier Systeme in der Lage, im Normalbetrieb mit bis zu 75 % der Kapazität zu arbeiten, während bei einem Ausfall einer Versorgung die drei verbleibenden Systeme die IT-Last weiter versorgen können.
Blockredundante Catcher-Architektur zur Kostensenkung und Erhöhung der Ausfallsicherheit von Rechenzentren
Die Catcher-Architektur ermöglicht es Endbenutzern, den erforderlichen Redundanzgrad zu wählen, um die CAPEX für ihr Rechenzentrum zu optimieren und gleichzeitig die Fehlertoleranz und die Möglichkeit der gleichzeitigen Wartung zu erhalten. Eine Architektur könnte beispielsweise sechs normale Stromflüsse umfassen, die bis zu 100 % belastet werden können, um die Auslastung eines Rechenzentrums zu optimieren, sowie einen oder zwei redundante Stromflüsse, die bereit sind, im Fall eines oder zweier Ausfälle die Last zu übernehmen.
Statische Transfersysteme (STS) zwischen USV und Last übertragen die kritische Last vom „normalen Pfad“ auf den redundanten Pfad, der die Last online „auffängt“ (engl.: catch) und unterbrechungsfrei mit Strom versorgt.
„Im Normalbetrieb werden die Lasten über den normalen Pfad versorgt. Bei Problemen oder Wartungsarbeiten am normalen Pfad überträgt das STS die Last automatisch auf den redundanten Pfad. Diese blockredundante Architektur ermöglicht einen nahtlosen Übergang vom normalen Pfad zum „Catcher“. Eine weitere Option bei der Catcher-Redundanz ist die Kombination aus einem statischen Transferschalter und einem automatischen Transferschalter. Wenn beispielsweise eine Seite der Last des IT-Kunden (Seite A) an das STS und die andere (Seite B) an das ATS angeschlossen ist, sind beide Lasten sowohl an „normale“ als auch an redundante Pfade angeschlossen. Bei einem Ausfall des „normalen Pfads“ schaltet das STS zuerst um und überträgt die Last auf redundante Blöcke, und das ATS folgt, so dass ein nahtloser und gleichzeitiger Übergang für die beiden Pfade gewährleistet ist. Folglich werden Seite A und Seite B der IT-Racks durchgehend versorgt, um die Redundanz der Server aufrechtzuerhalten.“
Wichtige Überlegungen für eine optimierte elektrische Infrastruktur mit besseren TCO und höherer Nachhaltigkeit
Bei der Berechnung der CAPEX- und OPEX-Einsparungen für Rechenzentren sollte die gesamte elektrische Infrastruktur berücksichtigt werden – vom Hochspannungstransformator bis zur IT-Infrastruktur. Die Wahl der richtigen Redundanz (1 redundanter Block für X normale Blöcke) führt zu erheblichen Einsparungen bei CAPEX und OPEX gegenüber einer herkömmlichen Architektur. So könnte beispielsweise ein kompletter Stromfluss entfernt werden: ein Transformator, ein Generator, ein Verteilerschrank, eine USV oder die Batterien – auch alle damit verbundenen Wartungswartungseinheiten würden dann entfallen.
„Wenn Sie beispielsweise auf 10 Data Halls (Serverräume/Serverhallen) aufstocken, sind zwar STS-Geräte erforderlich, um den redundanten Block anzuschließen, aber insgesamt sind es immer noch bis zu 30 % weniger Transformatoren und Stromaggregate, weniger USV-Systeme und Batterien. Wenn wir beispielsweise eine mit einem STS ausgestattete Catcher-Architektur mit einer 2N-Architektur vergleichen, stellen wir eine globale CAPEX-Senkung von 42 % und eine Verringerung des Platzbedarfs von 38 % fest. Das Ergebnis: eine hochgradig optimierte elektrische Infrastruktur und geringere Gesamtbetriebskosten bei höherer Nachhaltigkeit und Energieeffizienz, was die Catcher-Architektur zu einer überzeugenden Lösung für Colocation-Rechenzentren macht.“
Die im Werk validierten und auf dem Markt bewährten Systeme wurden von führenden Marktteilnehmern mit beträchtlicher Erfahrung in Rechenzentrumsanwendungen auf die Probe gestellt, und die Liste der Erfolgsgeschichten wächst weltweit.
Die Catcher-Architektur kann die Redundanz optimieren und gleichzeitig die Investitionskosten begrenzen. Da sie hochflexibel ist, ist sie die ideale Lösung für die Anpassung an die sehr spezifischen und sich weiterentwickelnden Anforderungen von Rechenzentren. Planer können so bessere Rechenzentren schaffen. Es ist also Zeit, bisherige Ansätze zu überdenken und die Weichen für die Zukunft zu stellen.
Die seit einigen Jahren erfolgreich im Feld installierten Catcher-Architekturen mit mehreren hundert MW haben die hohe Zuverlässigkeit der STS-Produkte in anspruchsvollen Betriebsumgebungen bewiesen.“
Nachgewiesene Kompatibilität zwischen Herstellersystemen
Schließlich und vor allem ist die Produktkompatibilität in Bezug auf USV-Systeme und STS von entscheidender Bedeutung. Indem sichergestellt wird, dass die Geräte harmonisch und mit ähnlichen Parametern zusammenarbeiten, kann jede Netz- oder IT-Lastschwankung bewältigt werden.
„Das umfassende USV- und STS-Angebot von Socomec deckt die Catcher-Architektur vollständig ab und gewährleistet die uneingeschränkte Kompatibilität unter allen Betriebsbedingungen – einschließlich plötzlicher Spannungsschwankungen, des Übergangs in den USV-Hochleistungsmodus und Spannungsabfällen.
