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Storage und Datamanagement

DataCenter Day 2018: Mikro-Rechenzentren für das Edge Computing

Der Charme von Datacenter-Containern

| Redakteur: Ulrike Ostler

Auch Edge-Rechenzentren sind nicht zwangsläufig klein oder bleiben klein. Betreiber müssen heute in Modulen denken.
Auch Edge-Rechenzentren sind nicht zwangsläufig klein oder bleiben klein. Betreiber müssen heute in Modulen denken. (Bild: Delta Electronics)

Wozu braucht es Mikro-Rechenzentren? Sind es nicht eher die großen, super-leistungsfähigen Cloud-Rechenzentren, die die Entwicklung bestimmen? Der Beitrag erläutert, warum sich neben hochperformanten, zentralen Cloud-Rechenzentren auch Micro-Datacenter vor Ort für spezielle Anwendungen etablieren werden.

Der Trend zum Verlagern von immer mehr Daten und Anwendungen in die Cloud erfordert weltweit immer größere und leistungsfähigeren Rechenzentren. Das Datenaufkommen wird weiter rasant steigen, und Big Data, das Verarbeiten von immer mehr Daten, treibt diese Entwicklung zu großen Cloud-Rechenzentren weiter voran.

Einer der Gartner-Prognosen
Einer der Gartner-Prognosen (Bild: https://www.gartner.com/smarterwithgartner/what-edge-computing-means-for-infrastructure-and-operations-leaders/)

Doch auf der anderen Seite stellen das Internet of Things (IoT) beziehungsweise das Industrial Internet of Things (IIoT), interaktive Benutzeroberflächen und Echtzeit-Schnittstellen ganz andere Anforderungen an Rechenzentren: Laut Gartner-Maverick-Analyst Thomas J. Bittman wird das Wachstum von Mega-Rechenzentren tatsächlich gebremst; denn Computer und Speicher verlagern sich wegen des Internet der Dinge und neuer Benutzer-/Maschinenschnittstellen an den Netzwerkrand. So gibt es neben dem Trend zu Cloud Computing und großen Rechenzentren den Trend zu Edge Computing, also zu kleineren Rechenzentren „am Rand“ und so zum Verlagern der Rechenressourcen dorthin, wo die Daten entstehen.

Damit lassen sich beispielsweise das Verarbeiten von Maschinendaten in Echtzeit und geringe Latenzzeiten wesentlich besser realisieren. Die Vorteile von Edge Computing mit kleinen schlanken Rechenzentren, so genannten Mikro-Rechenzentren, sind klar zu erkennen: Datenleitungen und -speicher werden nicht unnötig belastet, der lokale Prozessor filtert überflüssige Daten heraus und leitet nur die wichtigen Daten an das zentrale RZ weiter. Computer und Daten rücken wieder näher an die Benutzer.

Kuscheln mit Computern und Daten

Gartner sagt voraus, dass bis zum Jahr 2022 bereits über 50 Prozent aller Daten „on the edge“ verarbeitet werden. Heute liegt dieser Anteil erst bei 10 Prozent.

In zehn Jahren soll es 50 Milliarden vernetzte Geräte im Internet der Dinge geben – eine kaum vorstellbare Zahl. Größere Industrie-Anlagen dürften pro Tag mehrere Hundert Gigabyte an Daten produzieren, die verarbeitet werden müssen, um zu sinnvollen Ergebnissen zu führen. Diese Datenmengen lassen sich nicht alle über lange Distanzen in der Cloud ablegen, eine vollständige zentrale Verarbeitung all dieser Daten in einer IoT-Cloud ist kaum realistisch.

Doch nicht nur IoT beziehungsweise IIoT und die riesigen Mengen an Maschinendaten in der Industrie befördern den Trend zu Edge Computing und Mikro-Rechenzentren vor Ort. Auch Änderungen im privaten Nutzerverhalten, die generelle Erwartungshaltung an die Verfügbarkeit der Anwendungen sowie das zunehmende Datenaufkommen im Zuge der Digitalisierung des gesamten Alltags – etwa durch Streaming, Fotos, Videos, Kommunikation in sozialen Netzwerken – erfordern eine schnelle und flexible Anpassung von Rechenzentren an neue Anforderungen und Rechenpower dort, wo sie gebraucht wird.

Zeitliche Grenzen

Ein Beispiel hierfür sind Großveranstaltungen wie die Fußballweltmeisterschaft oder die Olympiade: Die Besucher rufen Live-Streams ab und kommunizieren ununterbrochen, ob beim Public Viewing, in der U-Bahn oder beim Warten auf den Flug.

Die RZ-Betreiber benötigen dafür kurzfristig hochverfügbare Infrastruktur - jedoch nur zeitlich begrenzt. Und diese Infrastruktur muss nah am Nutzer sein, denn es ist nicht sinnvoll, eine Million Anfragen nach long-line Videos durch die Cloud zu schicken und für jeden einzelnen Endanwender zurück zu streamen.

Warum kommen Container ins Spiel?

Mikro-Rechenzentren in Containern sind dafür eine ideale Lösung. Sie sind mobil, skalierbar, Energie-effizient, kostenoptimiert und in unterschiedlichen Leistungsplattformkonfigurationen verfügbar. Sie können als „Cache-Rechenzentrum“ fungieren, Video-Streams nah am Nutzer zwischenspeichern und so die Infrastruktur im Hauptrechenzentrum entlasten. Solche Edge-Rechenzentren sind quasi der Puffer- oder Datensammelpunkt zwischen Nutzern und größeren Rechenzentren.

Hinzu kommt noch ein weiterer Faktor, der die Einrichtung von Mikro-Rechenzentren „am Edge“ befördern wird: Der 5G-Standard für mobile Netzwerke wird in vielen Ländern dazu führen, dass Carrier und Provider überall Edge-Rechenzentren in der Nähe ihrer 5G-Basisstationen einrichten müssen, um ihre Netzwerke aufzurüsten und ihre Leistung zu halten. Auch hier geht es um Hochverfügbarkeit, Geschwindigkeit, niedrige Latenzzeiten, Entlastung von Datenspeichern und -leitungen.

Delta auf dem DataCenter Day 2018

Der DataCenter Day 2018 wird auch in diesem wieder im Vogel Convention Center (VCC), Würzburg, stattfinden, am 23. Oktober. Mit dabei ist Delta Electronics.

Gleich morgens um 9:55 Uhr können Besucher dem Vortrag von Christian Ferber, folgen: Es geht ins seinem Technology Outlook um „Elektrischer Impuls: neue Geschäftsfelder neben der grünen Wiese“. Was damit gemeint ist, lassen die Unterpunkte erahnen:

- Fog / Edge und Cloud – Ansatz einer Einordung
- Wie sich die Chancen einer flexiblen Rechenzentrumsinfrastruktur ausschöpfen lassen
- und - das dürfte manchen zum Widerspruch reizen – neue Energiespeicher und welche Möglichkeiten sich durch den Einsatz von Lithium-Ionen Technologie ergeben.

Generell werden Edge-Rechenzentren vor allem dort eingesetzt, wo es auf niedrige Latenzzeiten ankommt, beispielsweise für die Datenverarbeitung beim autonomen Fahren, für drahtlose Sensor-Netzwerke, für verteilte Speicher.

Im Moment gibt es allerdings noch etliche Unklarheiten in Bezug auf Edge Computing: Das liegt vor allem daran, dass viele mögliche Anwendungsszenarien für Edge noch gar nicht bekannt sind. So lässt sich beispielsweise noch nicht abschätzen, wo sich Edge in der Praxis durchsetzen wird oder welche Anwendungen zu den bisher bekannten – wie IoT, autonomes Fahren, Streaming bei Großveranstaltungen – hinzukommen werden.

Edge, Fog, Cloud?

Letztendlich wird es auf eine intelligente Kombination beziehungsweise sinnvolle „Arbeitsteilung“ von großen Cloud-Rechenzentren und Mikro-Rechenzentren für Edge Computing ankommen. Die Cloud-RZ übernehmen die Aufgaben, die sie besonders gut können – also das Verarbeiten von sehr großen Datenmengen, das längerfristige Speichern von Daten oder Datenanalysen, die nicht zeitkritisch sind. Edge Computing erweitert bestehende Cloud-Computing-Konzepte und kann dabei unterschiedlichste Geräte vor Ort einbeziehen, beispielsweise Sensoren oder Überwachungskameras.

Hier kommt auch noch das Stichwort Fog Computing ins Spiel – häufig wird der Begriff als Synonym für Edge Computing verwendet. Die Unterschiede werden greifbar, wenn man sich drei Ebenen – Cloud, Fog und Edge – und die „Arbeitsteilung“ zwischen Cloud und Fog beziehungsweise Edge verdeutlicht: Edge-Devices übernehmen die erste Auswertung der Sensordaten und ermöglichen ein schnelles Reagieren auf mögliche Ereignisse. Die Fog-Nodes bereiten die Daten dann für die Cloud-Datacenter auf, die dann diese Analysen übernehmen.

Mikro-RZ: ready-to-use dank Standardkomponenten

Edge Computing bezeichnet also die Nutzung der verteilten Rechenleistung von Geräten am Rande des Netzwerks. Unter Fog Computing versteht man dagegen die Rechen-Power, die zwischen den zentralen Systemen und den Edge-Geräten liegt – beispielsweise IoT-Gateways, die Daten von mehreren IoT-Knoten zusammenfassen und an die zentralen Systeme schicken.

Da die Aufgaben und Anwendungsszenarien von Mikro-Rechenzentren am Edge in der Regel klar definiert sind, lassen sich diese auch sehr gut aus Standardkomponenten zusammenstellen und vorfertigen. Sie werden dann ready-to-use ausgeliefert und können sofort in Betrieb genommen werden.

Das Delta-Angebot

Die Mikro- und Container-RZ-Lösungen von Delta enthalten alle Bausteine, die auch in einem klassischen Rechenzentrum vorhanden sind: Vom Rack über Präzisionsklimatisierung, USV- und Strom-Management, Feuerlöschung bis hin zur DCIM-Software. Zudem sind diese Container-Rechenzentren auf allen Ebenen erweiterbar – innerhalb eines Schrankes, eines Containers oder durch Hinzufügen weiterer Container.

Der Autor, Sebastian Thodam, arbeitet im Bereich Mission Critical Infrastructure Solutions (MCIS)/Uninterruptable Power Solutions (UPS) bei Delta Electronics.
Der Autor, Sebastian Thodam, arbeitet im Bereich Mission Critical Infrastructure Solutions (MCIS)/Uninterruptable Power Solutions (UPS) bei Delta Electronics. (Bild: Delta Electronics)

Je nach Bedarf gibt es verschiedene Konfigurationen, beginnend ab einem einzelnen 20-Fuß Container, bei dem sich alle Module einfach austauschen lassen. Das vereinfacht die Planung von Kapazitäten, verringert die Downtime aufgrund effektiver Disaster Recovery Operations und bietet ein Höchstmaß an Flexibilität und Skalierbarkeit.

Dahinter steht das Konzept von modularen Rechenzentren. Ob stationäres Edge-RZ oder Container-RZ – die Mikro-Rechenzentren werden entsprechend den geforderten Funktionalitäten vorab konfiguriert. Die dafür benötigten Infrastruktureinheiten sind unabhängige Module, die sich flexibel kombinieren und austauschen lassen. Das Ergebnis ist eine vorgefertigte und standardisierte Lösung mit einem hohen Maß an Systemintegration. Planung und der Bau sind in sehr kurzer Zeit möglich; denn modulare Rechenzentren basieren auf standardisierten Bausteinen für Stromversorgung, Präzisionskühlung, Energie-Management, DCIM-Software und Umgebungsüberwachung.

Die Container-Bauweise

Ein Container-Rechenzentrum ist ein gutes Beispiel für ein vorgefertigtes modulares Rechenzentrum, dessen Infrastruktur in einem oder mehreren 6 oder 12 Meter großen Containern untergebracht ist. Diese lassen sich leicht aufstellen, sie sind einfach zu handhaben, beweglich, erweiterbar und austauschbar. Container-Rechenzentren haben im Vergleich zu klassischen Rechenzentren eine sechsmal höhere Leistungsfähigkeit und Leistungsdichte, aber die Baukosten belaufen sich nicht einmal auf die Hälfte.

Natürlich werden sich nicht alle Edge-Rechenzentren komplett vorfertigen und in Containern liefern lassen. Vor allem in Städten wird man vorhandene Gebäude nutzen und dort die Mikrorechenzentren aufstellen, während Container eher in entlegenen Regionen oder für spezielle Ereignisse zum Einsatz kommen.

Schnell konzipiert, zusammengebaut und in Betrieb genommen: ein modulares Mikro-Rechenzentrum für Edge Computing von Delta mit standardisierten Komponenten
Schnell konzipiert, zusammengebaut und in Betrieb genommen: ein modulares Mikro-Rechenzentrum für Edge Computing von Delta mit standardisierten Komponenten (Bild: Delta Electronics)

Delta hat eine ganze Reihe von Komponenten für Rechenzentren entwickelt, die speziell auf die Anforderungen von Mikro-Rechenzentren für Edge Computing sowie auf die Zusammenarbeit von Cloud- und Edge-RZ abgestimmt sind. Diese Techniken erfordern geeignete Infrastrukturen für die Stromversorgung, Kühlung und Verwaltung von Rechenzentren, sobald sie „am Edge“ eingeführt werden.

Das Open Compute Project

Interessant in diesem Kontext ist auch das Open Compute Project (OCP): Hauptziel des 2011 von namhaften Hardwareherstellern gegründeten OPC ist es, Spezifikationen für möglichst Energie-effiziente und preiswerte Hardware – Server, Storage-Systeme, Racks – zu entwickeln. Delta ist seit Mai 2012 Mitglied im Team für Rack-Entwicklung. Hier geht es unter anderem darum, Akkus wie Lithium-Ionen-Batterien direkt in offenen Racks zu integrieren. So können sich Cloud- und RZ-Anbieter große zentrale USV-Räume sparen.

So entsprechen beispielsweise die Anlagen für die Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) der modularen „DPH“-Serie und die „Monoblock-DPS“-Serie mit jeweils 500 Kilovoltampere (kVA) oder 600 kVA dem hohen Strombedarf von Cloud-Rechenzentren. Die USV der kompakten „RT“-Serie ermöglichen flexible Konfigurationen von 10-20 kVA für kleinere Edge-Rechenzentren mit Effizienzraten von bis zu 96,5 Prozent, ebenso die USV-Familie HPH 20-200 kVA für kleine bis mittlere Edge-RZ. Die Lithium-Ionen-Batterie für USV-Systeme, die eine Energiespeicherdichte von bis zu 51,8 Kilowatt pro Stunde (kWh) in einem 19-Zoll-Schrank aufweist, trägt wesentlich dazu bei, die Gesamtbetriebskosten in Rechenzentren zu verringern.

Cooles für Klein-Rechenzentren

Die „Rowcool“-Präzisionskühlung von Delta bietet die weltweit wirksamste Kühllösung für 600-Millimeter-Schränke mit variabler Lüftergeschwindigkeit für niedrigeren Energieverbrauch. Delta hat Mikro-RZ-Produkte für Kaltgang- und auch Warmgang-Einhausungen in Verbindung mit Wasserkühlung und modularen Power Distribution Units (PDUs) im Rack. Die Breite der Gänge in den Standard-RZ-Einheiten ist variabel; sie kann zwischen 600 und 1.200 Millimetern liegen.

Die standardisierten Mikro-Rechenzentren lassen sich auch modular „Stück für Stück“ erweitern und kombinieren, indem einfach der nächste RZ-Block dazugestellt wird. Modulare Mikro-Rechenzentren sind also auch für den Kunden ein betriebswirtschaftlich interessantes Konzept: Er muss nur so viel Rechenpower vorhalten, wie er im Moment tatsächlich braucht, und hat dabei jederzeit die Option auf eine schnelle, kostengünstige Erweiterung.

Sehen wir uns auf dem DataCenter Day 2018 am 23. Oktober in Würzburg?
Sehen wir uns auf dem DataCenter Day 2018 am 23. Oktober in Würzburg? (Bild: Vogel IT-Medien GmbH)

Agenda DataCenter Day 2018

Anmeldung DataCenter Day 2018

Ansprechpartner DataCenter Day 2018

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