#powertrend High Performance Computing

Das Rechenzentrum wird Grün

29. Januar 2021, 13:49 Uhr | Lev Slutskiy

Die Leistungskapazität von Rechenzentren wächst rasant, permanent beschleunigt von Corona. Die exponentiell gestiegene Nachfrage reizt die physichen Fähigkeit von Rechenzentren aus und erfordert mehr Effizienz und weniger Verluste - gerade in der Stromversorgung. Welche nachhaltigen Ansätze gibt es?

Bereits vor der Pandemie wuchs die Leistungskapazität von Rechenzentren und Datenfarmen rasant. Corona hat die Anforderungen an Rechenzentren jedoch weit über frühere Prognosen hinaus beschleunigt. Und: Der Anstieg wird nach Abklingen des Corona Virus permanent anhalten. Immer mehr Menschen arbeiten von zu Hause aus, Schüler lernen im Home Schooling, die Nutzungszeiten von Streaming-Diensten für Gaming und Filme steigen aufgrund der begrenzten Freizeitgestaltung außer Haus.

Wir erleben gerade, wie sehr Nutzer auf die großstädtischen Backbones der Rechenzentren angewiesen sind, welche die heutige Telekommunikationsinfrastruktur überhaupt erst ermöglichen. 2021 wird daher die Notwendigkeit steigen, weit mehr Energieeffizienz ins Rechenzentrum zu bringen. Um den massiven Anstieg des Energiebedarfs von High-Performance-Computing besser zu bewältigen, ist davon auszugehen, dass Rechenzentren neben der stärkeren Nutzung von erneuerbaren Energie auch vermehrt auf Gleichstrom-basierte Infrastrukturen setzen.

Stromverluste begrenzen

Diese schnelle und unvorhergesehene Beschleunigung der Nachfrage übersteigt die Fähigkeit, die physische Kapazität in Rechenzentren zu erweitern. Die Betreiber und Manager müssen den vorhandenen Rack-Platz besser ausnutzen und mit mehr Leistung »vollpacken«. Das hat erhebliche Auswirkungen auf die Energieversorgung. Es ist wichtiger denn je, die Stromversorgung effizient zu gestalten und bei gleicher Rack-Fläche ein hervorragendes Wärmemanagement zu gewährleisten. KI, Cloud und Big Data treiben die Nachfrage nach einer viel höheren Verarbeitungsleistung voran, was zu einem weitaus höheren Energieverbrauch und höheren Strömen führt, die wiederum zu erhöhten Stromverlusten aufgrund von Leistungsumwandlungs- und Transformationsprozessen führen. Ein dritter Bereich für signifikante Veränderungen bei neuen Power-Lösungen für Rechenzentren wird die Stromversorgung und die Effizienz auf Schrank- und Rack-Ebene betreffen, um die erhöhte Rechenleistung (mehrere Exa-FLOPS) zu bewältigen, die für Cloud-, KI- und Big-Data-Anwendungen benötigt wird.

Effizientes Energiemanagement ist Grün

Ein sehr effizienter Weg des Energiemanagements unter den gegebenen Rahmenbedingungen kann die Erhöhung der Spannung innerhalb der Systeme sein. Des Weiteren bietet sich die Nutzung von Gleichstrom entweder nach einer Wechselstromgleichrichtung oder direkt aus einer erneuerbaren Energiequelle an. Die Umwandlung der hohen Spannung (üblicherweise 260 - 410 V DC) auf die von modernen Recheneinheiten geforderten Werte (12 V oder besser 48 V) können dabei Buskonverter übernehmen.

Systemdesigner können mit neuartigen Power-Architekturen wie Factorized Power Architectures (FPAs) und effizienten Wandlermodulen die Distanzen zwischen dem Hochleistungs-Versorgungsmodul und dem Point of Load (PoL) zu verkürzen. Damit wird unter anderem der PDN-Widerstand gesenkt, was die Verlustleistung in Supercomputing-Anwendungen deutlich minimieren kann. Große High-Performance-Computing (HPC)-Hersteller, wie z. B. Nvidia, das kürzlich auf den Plätzen 1, 3, 4 und 5 der »Green 500«-Liste gelistet wurde, sind zu diesem Ansatz übergegangen und machen das Rechenzentrum von innen heraus Grün.