Clevere Stromverteiler für IT-Racks im Rechenzentrum

Bild 1: PDUs sind Steckdosenleisten mit Intelligenz für IT-Racks. Je nach Funktionsumfang können sie messen, schalten und alarmieren, bis hinunter zu jedem Steckplatz. Rittal

In einem Rechenzentrum stecken häufig Hard- und Software im Wert von vielen hunderttausend Euro. Die Betriebskosten für Strom und Kühlung erreichen oft mehrere zehntausend Euro im Jahr. Es ist ökonomisch sinnvoll, diese Werte bestmöglich zu schützen. Den Anfang macht eine richtig dimensionierte und überwachte Stromversorgung.

Die erfolgt zweckmäßig mit Power Distribution Units (PDUs) wie in Bild 1 dargestellt. Einfach ausgedrückt sind PDUs Mehrfachsteckdosen mit Intelligenz beziehungsweise mit Zusatzfunktionen. Sie reichen den Strom an die Server und Infrastrukturgeräte weiter. Aber sie können je nach Ausführung messen, schalten und alarmieren, zum Teil bis hinunter zu jeder individuellen Steckdose. Diese Möglichkeiten bieten die PDUs der Produktreihe IT Power von Rittal, die von einer einfachen Variante (Basic, ohne Zusatzfunktion) bis hin zum Highend-Modell (Managed) mit Strommessfähigkeit für jeden individuellen Ausgang reichen. PDUs mit Energiemessfunktion erlauben es beispielsweise, die Energieeffizienz eines Rechenzentrums stetig unter sich ändernden Umgebungsbedingungen zu optimieren und zu überwachen.

Die Frage ist nun, was man braucht, und das wiederum hängt davon ab, was man mit den PDUs erreichen will. Daraus ergeben sich Entscheidungskriterien. Außerdem ist es wichtig, die aktuellen (und möglichst auch künftigen) Anforderungen im IT-Rack (siehe dazu auch Bild 4) genau zu kennen – und zwar bis hinunter zu jedem Server-Rack –, um sich für die richtige PDU entscheiden zu können.

Entscheidungskriterium Bauform & Mechanik

Die Liste der Entscheidungskriterien fängt bei Bauform und Mechanik an. Wie viele PDUs lassen sich wie einfach in den vorhandenen Server- oder Netzwerkschrank montieren? Können die PDUs überhaupt sinnvoll im Rack eingesetzt werden? Ist die Lösung nicht nur für den Moment, sondern auch langfristig im voll ausgebauten Rack und bei sich verändernden Servergenerationen einsetzbar?

Größere PDUs haben entsprechend eigenen Platzbedarf, hinzu kommen die eingesteckten Stecker mit Kabel. Geht es schon recht eng im Rack zu, kann das zu Problemen führen. Idealerweise passen die Leisten in den Zero-U-Space, also den Raum zwischen Seitenwand und 19-Zoll-Montagerahmen (Bild 2). Dort belegen sie keine Höheneinheiten (1 HE = 44,45 mm) in der 19-Zoll-Ebene (Rackspace) und sind leicht zu erreichen, auch bei voll ausgebautem Rack. Bei mehreren PDUs zahlt sich auch werkzeuglose Befestigungstechnik aus, beispielsweise durch Einhängen an einen Befestigungsadapter.

Natürlich muss auch die Leistungsfähigkeit stimmen. Sind im Rack viele Einzelgeräte verbaut (Server mit 1 HE) oder kommen vier große Blade-Server (mit 6 bis 10 HE und mehr pro Blade Chassis) zum Einsatz? Davon hängen die Anzahl der Steckdosen und deren Maximalleistung ab. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn die einzelnen Steckdosen über die PDU separat geschaltet werden sollen. Die PDUs des Herstellers verfügen über eine Verteilleistung von 22 kW je PDU, in Einzelfällen lassen sich Verteilleistungen bis zu 44 kW bei speziellen Blade-PDUs erreichen. Dafür stehen neben einphasigen auch dreiphasige Produkte zu Verfügung.

Grundsätzlich wird die Energieversorgung eines Server-Racks redundant – also mittels A/B-Versorgung – realisiert; somit sind zwei identisch aufgebaute PDUs je Rack erforderlich. Zu beachten ist, dass im Rack eine adäquate Kühlleistung der eingespeisten und genutzten elektrischen Energie gegenübersteht, da ein Großteil in Wärmeenergie umgesetzt wird.

Entscheidungskriterium Steckverbinder

Welchen Steckertyp nutzen die Endgeräte? In Deutschland wird oft noch die klassische Schutzkontakt-Steckdose genutzt. Sie ist robust und verhindert durch die hohen Steckkräfte, dass Stecker versehentlich gezogen werden. Hingegen sparen international übliche C13/C19-Steckplätze nach IEC 60320 viel Platz und ermöglichen zudem deutlich höhere Packungsdichten. Wenn der Hersteller effiziente Zugentlastungen integriert hat, kann man auch bei diesen Stecker-Typen die Gefahr eines irrtümlichen Aussteckens in den Griff bekommen.

Entscheidungskriterium Schaltfunktionalität

In der Regel unterteilen die Hersteller ihr Produktprogramm in Varianten mit Mess- sowie in Angebote mit Mess- und Schaltfunktion. Der Grund: Eine PDU mit Schaltfunktionalität ist nicht in jedem Rechenzentrum erwünscht. Die Möglichkeit, ferngesteuert auf die Stromversorgung eines Servers einzuwirken, ist bei rund um die Uhr (24/7) mit Personal besetzten Rechenzentren unnötig beziehungsweise nicht gewollt. Bei unbemannt betriebenen Standorten dagegen sind Fernzugänge häufig der einzige Weg, um Support zu leisten. Idealerweise kommen hier PDUs mit bistabilen Relais zum Einsatz. Sie verbleiben stromlos in ihrem jeweiligen Schaltzustand und reduzieren so den Eigenverbrauch einer PDU auf unter 15 W. Der Eigenverbrauch der Stromverteilung ist beim 24/7-Betrieb ein nicht unerheblicher Kostenfaktor.

Entscheidungskriterium Rechteverwaltung & Zugriffsschutz

Wichtig ist eine klare Regelung, wer Zugriff auf die Steuerungsmöglichkeit einer PDU bekommt. Moderne PDUs haben Clients für Verzeichnisdienste integriert und lassen sich über LDAP (Lightweight Directory Access Protocol, Anwendungsprotokoll der Netzwerktechnik) an das Active Directory (Verzeichnisdienst von Microsoft) oder einen anderen Verzeichnisdienst anschließen. Damit stehen die unternehmensweiten Nutzerinformationen auch zur Vergabe von Zugriffsrechten zur Verfügung. Zudem ist es wichtig, die thematisch zusammenhängenden PDUs und deren Einzelports auch in puncto Rechte gruppieren zu können. Neben dem in der PDU integrierten Rechtemanagement können die PDU-Parameter auch per SSL an externe DCIM-Software weitergereicht werden.

PDU-Vernetzung über das Ethernet

Bild 3: Das Display, bei Rittal ein hell strahlendes, farbiges und energiesparendes OLED, eignet sich für die schnelle Abfrage der Messwerte vor Ort.Rittal

Die Vernetzung per Ethernet-Port (über Standardprotokolle wie IPv6, SNMP, Modbus/TCP oder OPC-UA) ist bei PDUs die Standard-Vorgehensweise. Drahtlose Techniken werden kaum angeboten, weil die Anwender das Rechenzentrum weitgehend frei von WLAN-Signalen halten wollen. Meist sind Zusatzsensoren für Temperatur, Feuchte und Zugang verfügbar. So lassen sich auch die physischen Umgebungsbedingungen im Server-Rack punktgenau überwachen. Die Anzeige dieser Messwerte geschieht zusätzlich auf dem kleinen Display der PDU. Das Display, bei Rittal ein hell strahlendes, farbiges und energiesparendes OLED, eignet sich für die schnelle Abfrage der Messwerte (Bild 3). Auch wenn es normalerweise nicht benutzt wird, sollte man nicht darauf verzichten, denn es kann wichtige Informationen zur Fehleranalyse vor Ort liefern. Um die PDU selber auch bei Wegfall der Versorgungsspannung steuerbar zu halten, ist eine externe Versorgung der PDU-Steuerelektronik nötig. Die erfolgt bei schaltbaren PDUs idealerweise über Power-over-Ethernet (PoE) – so spart man eine Versorgungsstrecke ein und erhält trotzdem volle Redundanz durch die Trennung von Last- und Steuerungsversorgung.

PDUs mit Energiemessfunktion können verschiedene Messwerte liefern

Was die PDU tatsächlich an Messwerten liefern muss, ist eine individuelle Entscheidung des Anwenders. Geht es nur um die Energieeffizienz (Power Usage Effectiveness, PUE), reichen unter Umständen die Leistungen und Ströme in den einzelnen Phasen, die in das Rechenzentrum hineinführen. Ungenutzte Potenziale sind damit aber nicht erkennbar, ebenso wenig Veränderungen der Lastaufnahme durch neue Anwendungen.

Bild 4: Im IT-Rack-System TS von Rittal lassen sich Server- und Netzwerktechnik gleichermaßen unterbringen. Rittal

Eine Messung von Strom und Spannung bis auf Rack-Ebene ist eigentlich die Mindestanforderung, um einen verwertbaren Einblick in die energetischen Zustände im Rechenzentrum zu erhalten. Häufig entdecken Betreiber nach der flächendeckenden Installation von PDUs mit Messfunktion, dass scheinbar komplett ausgelastete Stromversorgungen in der Praxis doch noch eine Menge ungenutztes Potenzial enthalten. Meist lassen sich auch Schwellwerte für den Verbrauch setzen, sodass der Administrator bei steigender Auslastung automatisch informiert wird.

Insbesondere wenn drei Phasen genutzt werden, ist die symmetrische Lastverteilung von essenzieller Bedeutung. Dabei kann eine Phasenauslastungsanzeige viel Planungs- und Testaufwand ersparen, weil sie das Verhältnis der Auslastung optimal darstellt.

(dw)