Was ist ein Rechenzentrum?

Während Ihre Anforderungen an einen Heim- oder Arbeitscomputer angemessen erscheinen mögen. Oder sogar High-End, je nach Anwendungsfall, es ist einfach nicht vergleichbar mit der Rechenleistung und Speicherkapazität, die große Unternehmen benötigen. Selbst ein Unternehmen von angemessener Größe wird Datenspeicheranforderungen in Höhe von Dutzenden bis Hunderten von Terabyte haben.

Anstatt diese Daten nur auf Endbenutzergeräte zu verteilen, die ausgeschaltet oder vom Netzwerk getrennt sein können, werden die meisten Daten in einer zentralisierten Umgebung gespeichert. In kleineren Umgebungen kann dies ein Serverraum sein. Dennoch werden sie als Rechenzentren bezeichnet, wenn die Kapazität höher als ein kleiner Raum skaliert werden muss.

Was sind die Zwecke und die Vorteile eines Rechenzentrums?

Ein Rechenzentrum soll ein durchgängig verfügbarer zentraler Datenspeicher sein. Da die Speicher- und Nutzungsanforderungen von Netzwerkgeräten und Servern im Wesentlichen die gleichen sind wie die der Plattenserver, die die Rohdaten enthalten, wird diese Hardware normalerweise in Gruppen zusammengefasst.

Die Zusammenfassung der Kernnetzwerkinfrastruktur macht die Durchführung mehrerer Kernaufgaben erheblich einfacher und effizienter. Ein zentraler Faktor ist die Konnektivität. Da sich alle Server, Daten und Netzwerkinfrastruktur an einem Ort befinden, ist es vergleichsweise einfach, sie alle effizient miteinander zu verbinden. Latenz und Bandbreite lassen sich über kurze Entfernungen leichter optimieren, was eine maximale Netzwerkleistung ermöglicht. Als zusätzlicher Bonus sind die Kabelwege kürzer und daher billiger, als wenn die gesamte Hardware weiter verteilt wäre.

Die Core-Computing-Hardware benötigt auch eine externe Infrastruktur, um ihren sicheren und kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Zuverlässige Stromversorgung, Kühlung, Konnektivität und Sicherheitssysteme sind alle teuer. Sie sind jedoch teurer, wenn Sie sie duplizieren müssen, anstatt nur eine einzige große Einrichtung zu haben.

Was braucht ein Rechenzentrum?

Das Herzstück eines jeden Rechenzentrums ist die eigentliche Computerhardware. Dies geschieht typischerweise in Form von Server-Racks. Jedes Rack hat eine Standardgröße und kann mehrere Computergeräte in Standardgröße aufnehmen. Die tatsächlichen Geräte werden normalerweise in Größen von „U“ beschrieben, wobei ein „U“ einfach eine Standard-Höheneinheit ist. Die meisten Server-Racks sind 42 oder 48 HE hoch, wobei 48-HE-Racks auch als 7-Fuß-Racks bezeichnet werden. Während einige Computerhardware in 1U-Größen erhältlich sind, sind die meisten Geräte 2U oder 3U groß, obwohl einige viel größer sein können.

Die Daten im Rechenzentrum müssen in der Regel ständig zugänglich sein. Aus diesem Grund wird eine schnelle Vernetzung nach innen und nach außen erwartet. Darüber hinaus sind Rechenzentren mit Backup- und redundanten Systemen ausgestattet, um im Falle der vernünftigsten Vorfälle Kontinuität zu gewährleisten.

Wenn ein Gerät ausfällt, sind Rechenzentren so konzipiert, dass sie über redundante Server, Speicher und Netzwerkhardware verfügen. Seine Funktionalität kann sofort von einem sekundären Gerät übernommen werden. Die Stromversorgung verfügt auch über eine Reihe von Backups, einschließlich unterbrechungsfreier Stromversorgungen oder USVs. Diese liefert genug Energie, um die Geräte im Falle eines Stromausfalls weiterlaufen zu lassen, bis lokale Generatoren einspringen.

Wie alle Computergeräte müssen Rechenzentren gekühlt werden. HVAC-Systeme werden häufig zusammen mit Luftentfeuchtern verwendet, um sicherzustellen, dass kühle Luft bereitgestellt wird, heiße Luft abgeführt wird und die Luft nicht zu feucht wird.

Bei so viel Strom und Wärme besteht immer die Möglichkeit eines Brandes. Brandbekämpfungssysteme sind universell, aber sie können sich nicht auf Sprinkleranlagen verlassen, da dies die empfindliche Computerhardware genauso beschädigen würde wie ein Feuer.

Subtilere Anforderungen und Optimierungen

Obwohl Brandbekämpfungssysteme in Rechenzentren universell sind, können sie nicht auf Wasserbasis sein, da dies empfindliche Elektronik beschädigen würde. Stattdessen werden im Allgemeinen Inertgase verwendet. Früher war Halon die erste Wahl, bis festgestellt wurde, dass es schlecht für die Ozonschicht ist. Moderne Systeme verwenden typischerweise Stickstoff. Das Konzept besteht einfach darin, das gesamte Rechenzentrum mit Stickstoff zu fluten und den Sauerstoff, der für das Ausbrennen des Feuers benötigt wird, durch Überdrucköffnungen zu drücken.

Dies ist zwar sehr effektiv beim Löschen von Bränden, aber auch tödlich. In einer stickstoffreichen, sauerstoffarmen Atmosphäre können Sie innerhalb von Sekunden ersticken. Stickstoff ist farb-, geruch- und geschmacklos, daher gibt es keine Warnung vor Gefahren. Daher geben Brandbekämpfungssysteme einen Voralarm aus, der jeden im Inneren auffordert, das Gebäude sofort zu verlassen oder sich in einen sicheren Bereich zu begeben, der mit Sauerstofftanks und Atemmasken ausgestattet ist. Nach kurzer Zeit, bis sich die Menschen in Sicherheit gebracht haben, wird das Gas schnell in das Rechenzentrum geleitet und das Feuer gelöscht.

Rechenzentren haben oft Doppelböden. Dies bietet viele Vorteile. Der Kernvorteil besteht darin, dass im Hochwasserfall mehr Raum für aufsteigendes Wasser bleibt, bevor es zu einem eigentlichen Wasserschaden kommt. Doppelböden ermöglichen auch das Verlegen von Kabeln unter dem Boden. Viele entscheiden sich jedoch dafür, Freileitungen zu verlegen, um den Zugang zu erleichtern. In Kombination mit porösen Bodenfliesen bietet dies auch eine bequeme Methode zur Bereitstellung kühler Luft.

Rechenzentren erlauben kurze Kabel und führen oft längere Kabel über Kopf.

Indem die Gänge der Serverracks in wechselnden Richtungen positioniert werden, ist es möglich, Kalt- und Warmgänge zu schaffen. Kühle Luft kann aus den kalten Gängen angesaugt werden, und heiße Luft kann abgelassen und dann aus den warmen Gängen entfernt werden. Dieses Layout hilft, die Bereitstellung von HLK-Ressourcen zu optimieren.

Hyperscaler und Colocation

Die Implementierung der gesamten Infrastruktur eines Rechenzentrums ist teuer. Dies kann besonders schwierig sein für Unternehmen mit umfangreichen Daten- und Verarbeitungsanforderungen, aber derzeit begrenzten Mitteln. Es kann auch ein Problem für Unternehmen sein, die nicht genügend Fläche benötigen, um Skaleneffekte nutzen zu können. Um diese Marktlücke zu schließen, richten viele Unternehmen Rechenzentren mit übermäßig großen Kapazitäten ein und vermieten dann Teile dieser Kapazität Firmen. Rechenzentren mit mehreren Mietern wie diesem werden als Colocation bezeichnet.

Gerade in Colocation-Umgebungen ist Sicherheit essenziell. Bei vielen potenziell sensiblen Daten von mehreren Parteien sind Netzwerk- und physische Sicherheit wichtig. Rechenzentren achten sehr auf beides und stellen einzelnen Clients sorgfältig getrennte Netzwerke zur Verfügung, damit keine Daten über das Netzwerk durchsickern können. Der physische Zugang ist oft komplex zu arrangieren und erfordert oft eine vorherige Genehmigung.

Der Zugang zu Innenräumen ist im Allgemeinen durch separate verschlossene Räume und sogar verschlossene Käfige mit kleineren Reihen von Serverracks eingeschränkt. „Personenfallen“ sind eine hilfreiche Funktion, die im Wesentlichen wie eine Luftschleuse wirkt und eine schnelle Verweigerung des Zugangs am Eintrittspunkt mit minimalem Risiko für das Personal ermöglicht. Zutrittsprotokolle sind auch für Sicherheitszwecke hilfreich, damit das Sicherheitspersonal beispielsweise im Brandfall sicher sein kann, dass das Gebäude vollständig evakuiert wurde.

Rechenzentren verfügen oft über viele physische Sicherheitsebenen, darunter Käfige um Server-Racks.

Viele der größten Rechenzentren gehören Hyperscalern. Dies sind große Technologieunternehmen wie Google, Amazon und Microsoft. Sie kaufen riesige Mengen an Hardware und leasen in einigen Fällen den Zugriff darauf. In ihren Fällen ist der Zugriff in der Regel eher virtualisiert als physisch. Virtualisierung kann eine verbesserte Effizienz bei der Nutzung von Systemressourcen bieten und bei Bedarf eine einfache Skalierung ermöglichen.

Standort und andere Faktoren

Der Standort eines Rechenzentrums ist entscheidend. Es ist wichtig, sich in der Nähe einer großen Stromquelle, eines Hochgeschwindigkeits-Netzwerkinfrastruktur-Hubs und einer physischen Transportinfrastruktur zu befinden. Andere Erwägungen umfassen Umweltgefahren wie Erdbeben, Vulkane, Überschwemmungen und Wirbelstürme. Auch das Klima spielt eine große Rolle. Kühlere Standorte haben niedrigere Umgebungslufttemperaturen und erfordern weniger Kühlung, bevor sie in das Rechenzentrum eingespeist werden. Dies hilft, die Betriebskosten zu senken. In einigen Tests wurden kleine Rechenzentren sogar unter Wasser platziert. Sie haben die kühlen fließenden Wasserströme genutzt, um eine noch effektivere und kostengünstigere Kühlung zu ermöglichen.

Modularität ist ebenfalls ein kritischer Faktor. Im Laufe der Zeit entwickelt sich die Computerhardware weiter und aktuelle Technologien werden veraltet. Veraltete Hardware ist oft sowohl weniger leistungsfähig als auch weniger energieeffizient. Dies erfordert dann einen regelmäßigen Upgrade-Zyklus. Die Modularität ermöglicht fortlaufende Upgrades und verteilt die Vorlaufkosten auf mehrere Jahresbudgets. Es ermöglicht auch eine kontinuierliche Betriebszeit ohne Betriebsunterbrechung, selbst bei der Durchführung umfangreicher Upgrades.

Auch die Speicherkapazität ist ein wichtiger Faktor. Während große Rechenzentren kostengünstig sein können, ist es im Allgemeinen empirisch günstiger, weniger Platz zu benötigen. Besitzer von Rechenzentren, insbesondere Hyperscaler, geben oft ein Vermögen für Speichermedien mit extrem hoher Dichte aus. Beispielsweise kann eine 1-TB-Enterprise-SSD genauso viel kosten wie eine 10-TB-Enterprise-Festplatte und eine viel höhere Leistung bieten. Dennoch werden viel mehr Server-Racks und Plattenserver benötigt, um die gleiche Gesamtspeicherkapazität bereitzustellen.

Dies erhöht die Platz- und Energiekosten und erfordert zusätzliche Kühlung usw. Aufgrund dieser Größenvorteile sind viele riesige Speicherlaufwerke erhältlich, die sehr teuer sind. Sie sind nicht für den Durchschnittsverbraucher gedacht. Sie sind für Hyperscaler gedacht, die fast alles für eine verbesserte Platzeffizienz bezahlen.

Abschluss

Rechenzentren sind der größere Cousin des Serverraums. Sie kombinieren Core-Computing-Hardware wie Netzwerkausrüstung, Speicherkapazität, Rechenleistung und Serverfunktionalität an einem Ort. Dies ermöglicht Skaleneffekte und vereinfacht die Konnektivität. Beim Design von Rechenzentren gibt es viele Designfaktoren. Rechenzentren müssen jedoch riesig sein, um die Skaleneffekte wirklich nutzen zu können.

In dieser Größenordnung sind sie im Allgemeinen viel größer als die meisten Unternehmen benötigen, sodass Flächen an kleinere Unternehmen vermietet werden können, was für beide Parteien wirtschaftliche Vorteile bietet. Rechenzentren befinden sich oft in speziell gebauten Einrichtungen. Einige verwenden jedoch ungenutzte Büroräume wieder, und einige befinden sich sogar in alten neuen Atombunkern.