Datacenters worden steeds belangrijker in de huidige samenleving. Door veel mensen worden ze beschouwd als een noodzakelijk kwaad. Ze nemen veel ruimte in, en gebruiken veel stroom. Voor dat laatste ziet Vincent van der Linden, Regional Business Leader van RNT Rausch, voldoende mogelijkheden tot bezuiniging. “Met een andere manier van koelen is veel winst te behalen.”
Het aantal datacenters neemt de komende jaren flink toe. Dat komt niet alleen doordat bedrijven nog steeds volop bezig zijn met de overgang naar de cloud. Ook AI vraagt om steeds meer rekenkracht en is erg hongerig als het gaat om servers in het datacenter. Plaatselijke overheden, cloudproviders en datacenterproviders juichen de ontwikkelingen toe. Voor de gemeente betekent het investeringen in de lokale economie, maar de keerzijde is ook al vaak besproken: een datacenter vraagt om veel ruimte en legt een onevenredig groot beslag op stroom- (al dan niet groen) en drinkwatervoorzieningen.
Hoeveel stroom er precies wordt gebruikt door individuele datacenters, of liever: het rendement van het stroomverbruik, is vaak punt van discussie. Een veelgebruikte maat is de Power Usage Effectiveness (PUE). Dit is een getal dat de mate van energie-efficiëntie van een datacenter uitdrukt.
Power Usage Effectiveness
In de basis is de PUE een eenvoudige formule. Het is het verhoudingsgetal van het totale stroomverbruik van het gebouw, gedeeld door het stroomverbruik van de servers. In het gedeelte boven de deelstreep – de overhead – zit uiteraard de verlichting, de camera’s en beveiliging, maar vooral ook de koeling.
In het meest ideale geval heeft de verhouding de waarde 1. In dat geval is het energieverbruik van de IT-apparatuur gelijk aan dat van het hele gebouw en is er geen overhead. Dat is uiteraard alleen theoretisch mogelijk, want er is altijd stroom nodig voor verlichting, luchtzuivering enzovoort.
PUE is niet onomstreden
Het gebruik van de PUE, ooit bedacht door The Green Grid, een industrieconsortium voor het bevorderen van de efficiëntie van datacenters, roept vragen op. Het cijfer is redelijk gemakkelijk te manipuleren, waardoor een echte vergelijking tussen datacenters niet mogelijk is.
Zo kun je bijvoorbeeld de hoeveelheid resources in het datacenter minimaliseren, maar dat resulteert in een grote inefficiëntie per vierkante meter. Bij een optimaal gevuld datacenter kan ook zo veel mogelijk de koeling worden verminderd, door bijvoorbeeld te koelen met buitenlucht in plaats van mechanische klimaatregeling. Een andere aanpak is door de temperatuur in het datacenter simpelweg te verhogen, maar dit leidt tot ongewenste effecten en meer uitval, waardoor onnodig veel componenten voortijdig gewisseld moeten worden.
Want doordat voor veel servers, storagesystemen en netwerkcomponenten de interne temperatuur te hoog wordt, zullen deze extra lucht aan moeten zuigen om alsnog voldoende gekoeld te worden. Dat gebeurt in de IT-componenten zelf en dus niet meer in de gecontroleerde koeling van het datacenter. Gevolg is dat het datacenter weliswaar minder stroom verbruikt, maar de individuele IT-componenten zelf meer stroom gaan gebruiken, wat uiteindelijk hetzelfde nettoresultaat geeft.
Verkoopargument
Ondanks dat de PUE-waarde hierdoor dus daalt en het datacenter zijn ‘targets’ haalt, is dit natuurlijk niet waarvoor de duurzame doelstellingen van de PUE zijn bedoeld. Deze zogenaamde groene datacenters-propositie wordt nu vooral gebruikt als verkoopargument waardoor meer klanten interesse krijgen. Als de klanten meer capaciteit nodig hebben dan stijgt ook de behoefde aan koeling en dus de stroombehoefte en is het groene label niet zo groen meer.
Je zou denken dat dit alleen geldt voor de grote datacenters. Maar ook voor edge-datacenters en kleine serverruimtes bepaalt de behoefte aan rekencapaciteit het stroomverbruik. Het is mogelijk om per vierkante meter meer rekencapaciteit te genereren, zeker met de nieuwste server- en storage-technologieën, maar dat lost absoluut niet de efficiëntieproblemen op. Sterker nog, die maak je in feite alleen maar groter.
De oplossing moeten we vooral zoeken in alternatieve manieren voor koeling. Cloudproviders en datacenters kijken steeds vaker naar vloeibare koeling voor het serverpark. Tijdens het koelen met vloeistoffen wordt de hitte niet meer door (gerichte) luchtstromen gekoeld, maar door een vloeistof. De capaciteit van de warmtewisseling is groter dan bij luchtkoeling. En er is nagenoeg geen verlies door ineffectieve koeling door het onnodig koelen van lege serverracks en blank plates, zoals wel door luchtkoeling het geval is. Ook kan de restwarmte, bij luchtkoeling meestal via warm water, makkelijker afgevoerd worden.
Vincent van der Linden (L) – Foto: Philipp JordanTwee mogelijkheden voor vloeistofkoeling
Voor vloeistofkoeling zijn er twee mogelijkheden: met water of via vloeistof-immersie. De eerste methode koelt de hitte-genererende componenten in een server door een watercircuit langs deze onderdelen de warmte te laten opnemen en buiten de server af te voeren. Dit moet nog wel worden gecombineerd met reguliere luchtkoeling.
In het tweede geval wordt de server volledig ondergedompeld in een bad van niet-geleidende vloeistof, meestal minerale olie. De warmte wordt door de olie geabsorbeerd, met een aanzienlijk efficiënter resultaat dan bij luchtkoeling. Daarbij zijn de ventilatoren van de servers uitgeschakeld (of ontbreken zelfs volledig), want dit systeem heeft helemaal geen luchtkoeling meer nodig. Dat betekent ook dat er geen luchtsystemen meer nodig zijn, wat resulteert in een verlaging van de operationele kosten tot 90% ten opzichte van luchtkoeling.
Elk voordeel heeft zijn nadeel, want het gewicht van het complete systeem kan aanzienlijk oplopen, omdat servers vaak in grote baden worden ondergedompeld en dicht op elkaar worden geplaatst. Daarnaast zijn niet alle standaard servers bruikbaar voor deze manier van koelen.
Immersiekoeling heeft de toekomst
Bij RNT Rausch zijn we ervan overtuigd dat immersiekoeling de toekomst heeft. We zien op dit moment als compromis mogelijkheden voor het monteren van cassettes met koelvloeistof in het datacenterrack. Hierdoor creëer je als het ware een koelbad in een normaal datacenterrack, waarmee het gewichtsprobleem en de afwijkende maatvoering van de grote baden tot het verleden behoren. Dit resulteert in een maximale dichtheid en optimale koeling van alleen de intensieve rekencapaciteit. Het stroomverbruik neemt direct af, zonder dat het de betrouwbaarheid van de componenten verlaagt. Daarbij kunnen de individuele specificaties per server worden afgestemd en volledig separaat worden onderhouden.
Door deze flexibele en modulaire aanpak is vloeistofkoeling niet alleen geschikt voor de grootste datacenterlocaties, maar ook toepasbaar voor de edge en kleine serverruimtes. Sterker nog, het zou zelfs een nieuwe bron van inkomsten kunnen worden, wanneer datacenters het restproduct aanbieden als duurzame verwarming voor lokale warmtenetten voor publieke locaties, zwembaden, veeteelt of de tuinbouw. Daarbij zijn ook nog subsidies beschikbaar voor duurzame ontwikkelingen om nog meer, kleinere datacenters in de buurt van die locaties te bouwen en deze als een grid aan elkaar te koppelen voor het schaalvoordeel.
Een modulair systeem van ‘cassettes’ is op dit moment een goed compromis
Onbekend maakt onbemind
Er zijn verschillende redenen waarom deze mogelijkheden nog niet breed omarmd worden. Op de eerste plaats omdat deze oplossingen nog niet erg bekend zijn in de markt. Daarnaast zien we dat de meeste serverleveranciers niet op kleine schaal maatwerk kunnen leveren en niet gebaat zijn bij deze afwijkende manier van leveren aan datacenters.
Waar het wel wordt aangeboden en geïmplementeerd, zijn de gebruikers laaiend enthousiast, maar wordt dat niet snel van de daken geschreeuwd. Vloeistof in het datacenter is uit den boze, wordt vaak gezegd. Maar wij zien dat technici van nature nieuwsgierig zijn en met een duidelijke instructie zonder problemen weten om te gaan met deze nieuwe toepassing. Deze oplossingen kunnen bovendien gefaseerd worden ingevoerd en naast de bestaande luchtkoeling draaien, zodat er geen desinvesteringen in het huidige datacenter hoeven te zijn. Laat staan dat het gehele datacenter opnieuw ingericht zou moeten worden.
Vloeibare koeling maakt het mogelijk om te voldoen aan de groeiende behoefte aan rekenkracht, met een aanzienlijk betere efficiëntie, dankzij modulaire oplossingen en met minimale aanpassingen. Zo kunnen datacenters aan de grote vraag tegemoet komen en toch blijven voldoen aan de duurzaamheidsdoelstellingen.
Vincent van der Linden
Regional Business Leader RNT Rausch
