Emtron / Mean Well Effiziente Stromversorgungen als Baustein einer »grünen« IT

Für die modular aufgebaute Stromversorgung RCP-2000/RKP-1U von Mean Well sind drei verschiedene Power-Module mit Ausgangsspannungen zwischen 12 und 48 V lieferbar.
Für die modular aufgebaute Stromversorgung RCP-2000/RKP-1U von Mean Well sind drei verschiedene Power-Module mit Ausgangsspannungen zwischen 12 und 48 V lieferbar.

Im Kampf gegen den steigenden Energieverbrauch der IT werden bislang noch häufig die Möglichkeiten unterschätzt, die die richtige Auswahl der Stromversorgungs-Infrastruktur im Rechenzentrum bietet, um noch weitere Effizienzreserven zu heben und so die Stromrechnung durchaus um einige Prozent zu senken.

In Zeiten steigender Energiepreise fordern die Betreiber von Serverzentren von ihren Lieferanten in verstärktem Maße eine Optimierung der Energie-Effizienz für alles, was im Rechenzentrum installiert ist. Die wichtigsten Stellschrauben hierzu finden sich vor allem in den Bereichen Klimatisierung und Stromversorgung. Ein Power Supply, der nach dem aktuellen Stand der Technik konstruiert ist und bei dessen Entwicklung ein ausgeprägtes Energiebewusstsein Pate stand, ist daher einer der wichtigsten Bausteine im energetischen Gesamtkonzept für ein Serverzentrum. Dabei gilt es, die optimale Balance aus Effizienz, Zuverlässigkeit und Flexibilität zu finden.

Der Energiehunger der IT ist gewaltig, und er nimmt ständig zu. Die US-Umweltbehörde EPA hat bereits im Jahr 2006 ermittelt, dass Rechenzentren 1,5 Prozent der gesamten elektrischen Energie der USA verschlingen - und bereits damals schätzte die EPA, dass sich deren Stromverbrauch bis 2011 weiter verdoppeln werde.

In den Rechenzentren wiederum ist die Stromrechnung einer der wichtigsten Parameter zur Ermittlung der Wirtschaftlichkeit. Die Experten der renommierten IT-Beratung Gartner haben es ausgerechnet: 12 Prozent der Gesamtkosten eines Rechenzentrums entfallen auf die Energie. Die Tendenz ist steigend; die Fachleute erwarten daher, dass der anhaltende Ausbau der IT-Kapazitäten die sich bereits jetzt abzeichnenden Engpässe bei Klimatisierung und Stromversorgung in einigen Rechenzentren noch verschärft. Das gilt sowohl für Anwenderunternehmen, die ihre IT selbst betreiben, als auch für Dienstleistungs-Datenzentren. Und natürlich nicht nur für Serverzentren, sondern auch für andere IT-Anlagen wie Telekommunikations- und Datenkommunikationsknoten und ähnliche Einrichtungen.

Bei ihrer Rechnung gingen die Gartner-Analysten davon aus, dass etwa 37 bis 45 Prozent des Stromverbrauchs der Klimatisierung zuzuschreiben ist. Von dem großen Rest geht der Löwenanteil auf das Konto Stromversorgung für die Server. Damit geht die Energieeffizienz in diesem Bereich stark in die Gesamt-Stromrechnung ein.

Mit diesem Thema beschäftigt sich auch der Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien (Bitkom). In seiner Studie »Energieeffizienz-Analysen in Rechenzentren« kommen die Bitkom-Experten zu dem Ergebnis, dass solche Installationen hohe Einsparpotenziale bieten. Dieser Bereich ist laut Bitkom besonders attraktiv für Energiesparer, weil die angestrebten Reduzierungen der Stromrechnung teilweise bereits mit geringem Aufwand und niedrigen Investitionen erzielt werden können. „Energiesparmaßnahmen in Rechenzentren amortisieren sich oft in kürzester Zeit,“ heißt es in der Studie; der Bitkom spricht in diesem Zusammenhang gar von »low hanging fruits« - von Erfolgen also, die sich schon mit einem relativ geringem Aufwand realisieren lassen.

Um den explodierenden Anforderungen an Rechenleistung und Datenkapazität zu genügen, sind natürlich immer mehr Server mit mehr Prozessoren und größerem Speicher von nöten. Dies führt zumindest tendenziell zu einem höheren Stromverbrauch. Mit Konzepten wie Virtualisierung und Serverkonsolidierung lässt sich deren Anzahl und damit der Stromverbrauch jedoch deutlich reduzieren: Server, auf denen nur eine einzige Anwendung läuft, liefern im Schnitt gerade mal 15 Prozent ihrer Rechenleistung, verschlingen jedoch bereits 70 Prozent der elektrischen Energie, die ein voll ausgelasteter Server gleicher Bauart benötigt. Es liegt also nahe, mehrere Anwendungen auf einem Server zusammenzufassen und dessen Auslastungsgrad damit deutlich zu erhöhen. Der Stromverbrauch pro Rechner steigt durch diese Serverkonsolidierung nur unwesentlich an, aber der Anwender kommt mit weniger Servern aus und verbraucht damit weniger Energie. Auch durch den Einsatz der jeweils neuesten Servertechnologie lässt sich in der Regel die Stromrechnung senken, denn mit jeder neuen Chipgeneration sinkt erfahrungsgemäß der Stromverbrauch.

Dennoch: Irgendwann sind alle Einsparmöglichkeiten auf der Serverseite ausgeschöpft. Energiebewusste Betreiber können die Stromrechnung jedoch noch weiter senken. Ein wenig beachtetes Glied in der Energieverbrauchskette sind die Stromversorgungseinheiten in den Serverzentren. Doch durch die richtige Auswahl der Stromversorgungs-Infrastruktur im Rechenzentrum lassen sich noch weitere Effizienzreserven heben und die Stromrechnung durchaus um einige Prozent senken.
Der Wirkungsgrad einer Stromversorgung ist natürlich der wichtigste Parameter, wenn es darum geht, die Verlustleistung gering und den Stromverbrauch niedrig zu halten. Moderne Geräte wie das modular aufgebaute RCP-2000/RKP-1U des taiwanesischen Herstellers Mean Well (Vertrieb in Deutschland: Emtron electronic) bieten hier Werte um die 90 Prozent. Für das RCP-2000 beispielsweise sind drei verschiedene Power-Module mit Ausgangsspannungen zwischen 12 V und 48 V lieferbar. Ihr Wirkungsgrad liegt schon bei der 12-V-Ausführung bei 86 Prozent; die 48-V-Variante hat gar 92 Prozent zu bieten.

Erreicht wird eine solch hohe Effizienz durch die Anwendung von Leistungshalbleitern der neuesten Generation, denn wie bei Prozessoren und Speicherchips ist auch bei Leistungstransistoren und Thyristoren die Verbesserung des Wirkungsgrads ein dauerhaftes Entwicklungsziel. Auch die Schaltungstechnik, die interne Wandlertopologie, entwickelt sich weiter. Im Gleichrichter, einem der für die Effizienz des Geräts entscheidenden Funktionsblock, treten heute aktive MOSFET-bestückte Synchrongleichrichter an die Stelle der über viele Jahre gebräuchlichen Dioden-Brückenschaltungen. Im Fachjargon auch »O-Ring« genannt, weist dieser aktive Gleichrichter einen erheblich besseren Wirkungsgrad auf. Auch der Einsatz von interleaved PFC-Hochsetzstellern steigert durch die Reduzierung der Welligkeit (Ripple) den Wirkungsgrad. Das gleiche gilt für PWM- (Pulsweitenmodulations)-Vorwärtsregler. All diese Eigenschaften bewirken in Summe auch eine Erhöhung der Leistungsdichte und damit eine Reduzierung des Platzbedarfs. Gegenüber dem Vorgängermodell bietet das RCP-2000 eine Verdopplung der Leistungsdichte auf eindrucksvolle 21,4 Watt je Kubikzoll.