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Energieeffiziente Rechenzentrumsinfrastruktur

Zum Energieverbrauch der Netzkomponenten, Rechen- und Speichersysteme addieren sich noch die Verlustleistungen der zum Betrieb dieser Komponenten benötigten Elektroinfrastruktur sowie die elektrische Leistung, die man zur Kühlung aller Systeme benötigt. Für moderne Rechenzentren liegt dieser Kühlungsaufschlag derzeit bei etwa 30 % bis 50 % der Energieaufnahme der darin betriebenen Geräte. Maßgebliches Ziel bei allen Infrastrukturaktivitäten des LRZ ist deshalb, die Verlustleistungen der Elektroinfrastruktur und den Kühlungsaufschlag für die IT-Systeme zu minimieren.

Unbedingte Voraussetzung für die Minimierung des Energieverbrauches ist die Erfassung aller Verlustleistungen und des Energieverbrauches aller zum Betrieb von IT-Geräten nötigen Infrastrukturkomponenten. Im Zuge der in 2011 abgeschlossenen Erweiterung LRZ-Gebäude wurde deshalb die Messsensorik des LRZ-Rechenzentrums dahingehend erweitert, dass der Energieverbrauch und die Verlustleistungen aller Infrastrukturkomponenten einzeln erfasst werden können. Zudem wurde ein zusätzlicher Kühlkreislauf für die direkte Kühlung von besonders leistungshungrigen Rechnerkomponenten wie z. B. Prozessor, Hauptspeicher, Chipsatz usw. mit bis zu 55° C warmem Wasser installiert. Dieser so genannte Warmwasserkühlkreislauf besitzt eine Kühlleistung von 8 Megawatt und wird derzeit maßgeblich für die Kühlung der Hochleistungsrechner SuperMUC und CoolMUC verwendet. Die direkte Warmwasserkühlung von Rechensystemen bietet folgende wesentlichen Vorteile gegenüber herkömmlichen Kühltechniken:

  • Die Rechner können ganzjährig mit rein freier Kühlung, d.h. ohne den Einsatz von Kältemaschinen, betrieben werden. Der Energieaufschlag für die Kühlung der Systeme liegt daher im Bereich von nur 10 %.
  • Die Abwärme der IT-Systeme kann in der kalten Jahreszeit verwendet werden, um Gebäude zu heizen.
  • Durch die hohe Kühlungseffizienz liegt die Leistungsaufnahme von Rechensystemen bis zu Wassereinlasstemperaturen von 60° C unter der Leistungsaufnahme von Systemen, die mit 20° C kühler Luft gekühlt werden. Das System hat also eine bessere Energieeffizienz.
  • In der warmen Jahreszeit kann die Rechnerabwärme mittels so genannter Adsorptionskältemaschinen genutzt werden, um Prozesskälte zu erzeugen.