Das energieeffiziente, hoch leistungsdichte und mit Wärmerückgewinnungstechnik ausgerüstete Container-Rechenzentrum wird Forderungen nach immer mehr Rechenleistung bei gleichzeitig hoher Energieeffizienz und flexibler Einsetzbarkeit gerecht. Damit ist es auch abseits vom Stromnetz einsetzbar, etwa in sich entwickelnden Infrastrukturen.
Abwärme zum Heizen nutzen
Das Rechenzentrum (RZ) basiert auf mobilen, wassergekühlten Standard-Containern in drei Formaten: 20 Fuß, 40 Fuß und High Cube. Die Abwärme der Server kann zum Heizen von Gebäuden oder zur Einspeisung ins Fernwärmenetz verwendet werden. Hierdurch werden Energiekosten eingespart und der CO2-Ausstoß reduziert. Ein 20-Fuß-Standardcontainer kann bis zu 500 kW Rechenleistung auf 300 Standard-HE (Höheneinheiten) aufnehmen.
Durch Sidecooler lassen sich auch bis zu 100 MW luftgekühlte Systeme unterbringen. Optional kann eine Wärmepumpe für die Bereitstellung kühler Temperaturen in sehr warmen Betriebsumgebungen integriert werden. Das geschlossene Design des RZ-Containers sorgt für geringstmögliche Lärmbelastung in der Umgebung.
Betriebs- und Sicherheitsmodule gemeinsam nutzbar
An das zentrale Rechnermodul werden an die Schmalseiten weitere Container mit betriebswichtigen Einrichtungen angekoppelt: Auf der einen Seite befindet sich ein Betriebstechnik-Modul mit redundanter Infrastruktur, USV, Stromverteilungs- und Brandschutzsystemen sowie zusätzlichen Wärmepumpen. Auf der anderen Seite schließt sich ein Logistik- und Sicherheitsmodul mit Identifikations- und Zutrittskontrollsystem samt Personenschleuse und Sicherheitstüren, Überwachungs- und Lagersystemen an.
Die Leistung des RZ-Containers lässt sich durch Hinzufügen weiterer Rechnermodule an die Längsseiten des ersten Moduls beliebig skalieren. Dabei können die Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen mehrere Rechnermodule versorgen. Es entsteht so ein normkonformes, zertifizierbares Rechenzentrum jeder gewünschten Größe.
Hohe Flexibilität, wenig Energieverbrauch
Der RZ-Container kann durch seine Mobilität und Ausrüstung in jeder Klimazone errichtet werden. Er passt auch in die unmittelbare Nähe erneuerbarer Energieerzeuger wie Solarkraftwerke oder Windkraftanlagen, datenerzeugender Edge-Systeme oder möglicher Verbraucher für die Abwärme. Durch diese Flexibilität und wegen seiner großen Energieeffizienz ermöglicht der RZ-Container weltweit skalierbare Geschäftsmodelle, etwa im Edge Computing.
Das Abwasser der hybriden Direkt-Heißwasserkühlung ist warm genug, um es als Heizenergie zu nutzen. Bis zu 95 Prozent der Abwärme werden an das Abwasser gebunden und sind daher wiederverwendbar.
PUE fast 1,0
Insgesamt erreicht der RZ-Container in warmen Umgebungen eine Design-PUE (Power Usage Effectiveness) von 1,07, in kühlen Umgebungen sogar von 1,02. Die PUE beschreibt, wie das Verhältnis von Rechen- zu Betriebsenergie ist. Werte sehr nahe 1 bedeuten, dass für betriebliche Zwecke des RZ in etwa genausoviel Energie verbraucht wird wie fürs Rechnen. Noch vor einigen Jahren waren PUE-Werte weit über 2 üblich.
Mehr Hardware durch Hochleistungskühlung
Durch das spezielle Kühlkonzept kann der RZ-Container optional besonders dicht mit Hochleistungs-Hardware bestückt werden. Bis zu 17 280 CPU-Cores bzw. 1 056 GPUs finden in einem 20-Fuß-Container Platz. Diese RZ-Container-Version „The Beast“ ist individuell gestaltbar.
Merkmale des Kühlkonzepts
Aktuell gibt es keine für alle Serversysteme standardisierte Wasserkühlungslösung von Netzteilen. Daher und um den Einsatz klassischer, luftgekühlter Komponenten in einem gewissen Umfang zu ermöglichen, realisiert Cloud&Heat den Ansatz einer hybriden Wasserkühlungslösung mit primärseitigem Heiß- und Kaltwasserkreis. Grundidee ist ein geschlossenes Konzept, welches eine externe Klimatisierung bzw. Kaltluftversorgung in allen Klimazonen vermeidet.
Die hybride Wasserkühlung ermöglicht in einem Prototyp-Container der Größe 20 Fuß und mit einer Anschlussleistung von 500 kW die direkte Heißwasserkühlung von 470 kW und die indirekte Wasserkühlung über in den Hauptkreis eingebundene Sidecooler von bis zu 80 kW.
Dabei ist eine Systemtrennung von innerem, primärem Kreis und externem Kreis mit zugehöriger Peripherie realisiert. Konkret handelt es sich um eine Rückkühllösung über Wasser/Wasser-Wärmeübertrager mit standardisierten Flanschkupplungen.
Die Direkt-Heißwasserkühlung ist Kern dieser Lösung. Redundante Pumpen stellen dabei einen Volumenstrom zur Verfügung, der es ermöglicht, die unter Volllast entstehende Abwärme an den externen Kältekreis abzugeben. Die Vorlauftemperatur ist aktuell bis zu 60 °C im Volllastbetrieb regelbar und ermöglicht die energieeffiziente Abwärmenutzung für vielfältige Anwendungen, wie etwa die Versorgung von Gebäuden und gewerblichen Einrichtungen mit Wärme, die Trinkwasseraufbereitung oder eine energieeffiziente Freikühlung.
Speziell die Option des Freiluft-Kühlungsansatzes ermöglicht in Heißländern eine konzentrierte und energiesparende Kühlung der Server, da aufgrund der auftretenden Spreizung der luftseitigen Umgebungstemperatur zur wasserseitigen Vorlauftemperatur keine zusätzliche Temperaturabsenkung durch beispielsweise Kompressionskälteanlagen notwendig ist.
Für einen sicheren Betrieb in allen Klimazonen und unter Beibehaltung des geschlossenen Ansatzes ist es notwendig, die nicht direkt wassergekühlten Komponenten der Server, wie (aktuell noch) Netzteil, HDDs, Spannungswandler, RAM, etc. mit konditionierter Luft eines niedrigen Temperaturniveaus (siehe ASHRAE) zu versorgen.
Die Konditionierung der Luft auf ein niedriges Temperaturniveau (25 bis 35 °C) geschieht mittels einer kompakten Hochleistungs-Wärmepumpe, die das Hochtemperatur-Niveau des Primärkreises (45 bis 60 °C) unter Einsatz elektrischer Energie auf das für den Betrieb notwendige Niedertemperatur-Niveau bringen kann.
Durch das das spezielle Hydraulik-Konzept mit Wärmepumpen-Verbund ist es möglich, nahezu 100 Prozent der genutzten Leistung und damit die entstehende Abwärme fast vollständig und konzentriert in einem Heizkreis zu binden.
Cloud&Heat / Wächter
