Die steigende Nachfrage nach Informationstechnologie, immer leistungsstärkere Mikroprozessoren und die wachsende Popularität von kompakten Blade-Servern führen dazu, dass die Dichte von IT-Ausstattungen in Datenzentren stetig zunimmt. Dies führt unter anderem zu enormer Wärmebildung – und der Kampf gegen diese Wärme erfordert außergewöhnliche Kühlkapazitäten.
Um die Kosten für Kühlsysteme zu reduzieren, gilt es, zum einen Datenzentren zu entwerfen, die Energie auf effiziente Weise nutzen, und zum anderen Geräte zu entwickeln, die weniger Wärme erzeugen. Die HP Labs arbeiten an der Entwicklung von Lösungen, die auf beiden Ansätzen basieren.
”Wir verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz bei der Entwicklung energiebewusster Computing-Lösungen: von den Chips über die Server und Datenzentren bis hin zu den Dienstleistungen, die von den Zentren erbracht werden”, erklärt John Sontag, Leiter des Forschungsbereiches für Infrastruktur-Virtualisierung und Dentenzentren-Architektur der HP Labs.
In den kommenden Monaten wird HP eine Reihe neuer Produkte und Dienstleistungen auf den Markt bringen, die auch auf dieser Forschungsarbeit basieren. Hierzu gehören u.a. die so genannten Data Center Thermal Assessment Services.
Geringerer Energieverbrauch
Die Forscher arbeiten an der Entwicklung von Hardware, die weniger Energie verbraucht. Daneben suchen sie nach Lösungen, wie Rechnerlasten auf energieeffizientere Weise eingesetzt werden können und entwickeln Systeme und moderne Messvorrichtungen, die eine dynamische Zuordnung von Kühlressourcen und die Steuerung von Kühllösungen gestatten.
Damit soll nicht nur eine verbesserte Energieeffizienz gewährleistet, vielmehr sollen auch die Betriebszeiten der Datenzentren verlängert und ein Betrieb bei höherer Leistungsdichte ermöglicht werden.
”Die zentrale technische Herausforderung einer Rechnereinrichtung in Dauerbetrieb besteht darin, Energie als Ressource zu verwalten”, erläutert Chandrakant Patel, Leiter der HP Labs-Komponente des “Cool Team”, einem Netzwerk von Technikern, das an der Entwicklung von Lösungen für Energie-Management arbeitet.
Geringere Wärmeerzeugung
Partha Ranganathan untersucht Technologien, die zur Überwindung von Systemineffizienzen und damit zu einer Senkung der erzeugten Wärme beitragen.
Dazu verweist Ranganathan auf Ergebnisse seiner Forschungsarbeiten, wonach der Einsatz unterschiedlicher Prozessoren – anstelle von identischen Prozessoren auf Multi-Core-Chips – zu Energieeinsparungen von 40% führen kann. Und dies mit nur geringfügigen Auswirkungen auf die Performance. (Siehe dazu Energiebewusste EDV: Heterogene Chip-Multiprozessoren.)
Wie ist das möglich? Ganz einfach: Die einzelnen Tasks werden jeweils dem Prozessor zugeteilt, der die Aufgabe am effizientesten durchführen kann.
Verwalten von Energiebudgets
Ranganathan und sein Team entwickelten einen Algorithmus zur Weiterleitung von wärmeintensiven Arbeitslasten an die kühlsten Stellen im Datenzentrum. Zudem ist es den Forschern gelungen, den Prototypen eines Systems zu entwickeln, das Ressourcen über eine Gruppe von Systemen hinweg zuteilen kann und dabei die Dringlichkeit und Wichtigkeit des Auftrags, Dienstgütevereinbarungen und andere Faktoren berücksichtigt.
Laut Ranganathan funktioniert der Prototyp des “Wärmebudgets” in vielerlei Hinsicht so wie andere Budgets. “Mein Abteilungsleiter weiß, dass potentiell jeder Mitarbeiter seines Teams innerhalb der kommenden drei Monate einen neuen PC beantragen könnte. Aber er plant sein Budget für Anschaffungen natürlich nicht für den schlimmsten Fall. Er plant es für ein wahrscheinliches Szenarios auf der Grundlage bisheriger Erfahrungen. Auf die gleiche Weise sollte man auch Wärmeplanungen durchführen können.”
Präzisere Messsysteme
Das Team um Chandrakant Patel entwickelte ein dynamisches Wärme-Managementsystem, das eine genaue Überwachung und Steuerung der Wärmeentwicklung in einem Datenzentrum ermöglicht.
Herkömmliche Systeme messen die Temperatur in Datenzentren im Bereich der Warmluft-Rückfuhr der Klimaanlagen anstatt direkt an der Wärmequelle – den Racks. Und da die Steuermechanismen ungenau sind, arbeiten Datenzentren oft unterhalb der Spitzenlastleistung, um ein Überhitzen der Ausstattung zu vermeiden.
Die Lösung der Forscher setzt demgegenüber auf ein verteiltes Netzwerk mit Sensoren, die an den Standard-Racks angebracht sind und damit direkte Messungen in Bereichen vornehmen, die möglichst aussagekräftige Messwerte liefern. Experimentelle Vergleiche zwischen der Lösung von HP Labs und einem konventionellen System zeigen, dass die potentiellen Einsparungen bei den Kühlkosten über 50% betragen können.
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