Das Einweichen des Servers in Wasser erweist sich als ... | Digitale Kompetenz

Prüfungsexperte: Zheng Yuanpan

Professor der Zhengzhou University of Light Industry

Server sind im Internetzeitalter für fast alle Datenunternehmen eine unverzichtbare Kernausrüstung. Für die großen Giganten, die die gesamte Internetwelt geschaffen haben, sind Server die Lebensadern ihrer Unternehmen. Was genau leistet eine so wichtige Einrichtung und wie platzieren große Unternehmen sie richtig?

Schrankserver

Quelle: Wikipedia

Was ist ein Server

Ein Server ist, wie der Name schon sagt, eine Maschine, die Dienste bereitstellt. Je nach Art des Dienstes werden Server in Dateiserver, Datenbankserver, Anwendungsserver und WEB-Server unterteilt. Obwohl es viele Typen gibt, ist die Hauptfunktion sehr einfach: Sie besteht darin , verschiedene Daten zu speichern, zu übertragen und zu verarbeiten . Wir können auf verschiedenen Websites und Apps Videos ansehen, Nachrichten lesen, einkaufen, chatten und Spiele spielen. All dies erfordert die Unterstützung von Servern. Ein Server ist im Wesentlichen ein Hochleistungscomputer. Seine Struktur unterscheidet sich nicht wesentlich von den Computern, die wir in unserem täglichen Leben verwenden. Es verfügt außerdem über Hardware wie eine CPU, eine Festplatte und einen Speicherstick. Es ist jedoch im Allgemeinen nicht mit externen Geräten wie Monitor, Tastatur, Maus usw. ausgestattet und kann angeschlossen werden, wenn Wartungsarbeiten oder bestimmte Vorgänge erforderlich sind.

Serverraumquelle｜Sohu

Da Server für die Verarbeitung und Speicherung der Daten zuständig sind, die bei unseren verschiedenen Aktivitäten im Internet entstehen, werden an Server, insbesondere an Server großer Hersteller, höhere Anforderungen hinsichtlich der Leistung, Stabilität und Zuverlässigkeit der Hardware gestellt. Nehmen wir als Beispiel die CPU, die Kernkomponente des Hosts, und vergleichen sie mit der derzeit besten CPU für Personalcomputer – Core-13900K – und der serverspezifischen CPU – Xeon-8360H. Abgesehen von der etwas niedrigeren Einzelkernfrequenz sind die anderen Parameter von Xeon viel höher als bei 13900K. Hinzu kommt, dass in den Rechenzentren großer Hersteller in der Regel Hunderttausende Server gleichzeitig laufen müssen. Obwohl sowohl Personalcomputer als auch Server Computer sind, ist ihre Rechenleistung völlig unterschiedlich. Ein großer Servercluster muss möglicherweise Hunderte Billionen Berechnungen pro Sekunde durchführen, während ein gewöhnlicher PC nur etwa mehrere zehn Milliarden Berechnungen pro Sekunde durchführen kann.

Parametervergleich zwischen PC-CPU und Server-CPU

Quelle: Bilibili@Talking about three circles

Wenn Server derart umfangreiche Berechnungen durchführen, verbrauchen sie nicht nur enorme Mengen Strom, sondern erzeugen auch viel Abwärme . Wird die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt, steigt die Temperatur einiger Kernkomponenten wie beispielsweise der CPU schnell an. Sobald die Temperatur über 85 Grad steigt, kann es sehr wahrscheinlich zu Geräteausfällen und anschließend zum Serverabsturz kommen, was wir oft als „Serverexplosion“ bezeichnen. Wenn ein Server abstürzt, muss das System zumindest für Wartungsarbeiten heruntergefahren werden. Im schlimmsten Fall können Daten beschädigt werden oder sogar verloren gehen. Für große Internetunternehmen, deren Geschäftskern auf Daten basiert, ist dies zweifellos fatal. Daher hat die Schaffung einer sicheren und guten Arbeitsumgebung für den Server zweifellos höchste Priorität.

Warum den Server ins Wasser stellen?

Um den normalen Betrieb des Servers aufrechtzuerhalten, hat die Lösung des Wärmeableitungsproblems höchste Priorität. Die traditionelle Art der Wärmeableitung erfolgt hauptsächlich über die Kühlung von Klimaanlagen . Einige Luftkühlungsgeräte der Spitzenklasse weisen eine hohe Wärmeableitungseffizienz auf, verbrauchen jedoch auch viel Strom, um die Klimaanlage in Betrieb zu halten. Im Jahr 2020 verbrauchten die Rechenzentren meines Landes etwa 204,5 Millionen Kilowattstunden Strom, was 2,7 % des gesamten Stromverbrauchs der Gesellschaft entspricht. Der enorme Stromverbrauch wird zweifellos die Betriebs- und Wartungskosten des Servers erhöhen und auch den CO2-Ausstoß steigern. Um Kosten zu senken und die Umwelt zu schützen, ziehen viele Internetgiganten inzwischen den Einsatz effizienterer, energiesparenderer und saubererer Methoden zur Wärmeableitung in Betracht.

In den letzten Jahren haben große Rechenzentren damit begonnen, die herkömmliche Luftkühlung schrittweise durch Flüssigkeitskühlung zu ersetzen. Zu den effizienteren Flüssigkeitskühllösungen zählen der Kühlplattentyp und der Immersionstyp. Der Kühlplattentyp wird erreicht, indem eine wärmeleitende Kühlplatte unter der CPU installiert wird und eine Flüssigkeit mit niedriger Temperatur durch die Kühlplatte fließt, um die Wärme abzuleiten. Beim Immersionstyp wird der Server in Flüssigkeit getaucht und die Wärme wird direkt durch die Flüssigkeit abgeleitet.

Flüssigkeitskühlung ist nicht nur effizienter als Luftkühlung (die Wärmeableitungseffizienz von Wasser ist 1000- bis 3000-mal so hoch wie die von Luft), sondern verhindert auch fast vollständig die durch die Luftkühlung während des Betriebs verursachten Vibrationen und reduziert so effektiv die Ausfallrate der Geräte. Einige Giganten der Internetbranche wie Microsoft und Alibaba haben ebenfalls herausgefunden, wie man natürliches Wasser zur Wärmeableitung von Servern nutzen kann.

Alibaba platziert seine Server am Ufer des Qiandao-Sees in Hangzhou. Die Wassertemperatur in der tiefen Schicht des Qiandao-Sees beträgt das ganze Jahr über etwa 17 Grad Celsius. Alibaba hat am Grund des Qiandao-Sees eine spezielle Wasserreinigungsanlage installiert. Nachdem die Verunreinigungen im Wasser gereinigt wurden, wird es zur Kühlung direkt in den Serverraum transportiert. Das abgekühlte Wasser wird in den Central Axis Creek der neuen Stadt Qingxi eingeleitet, fließt über eine Distanz von 2,5 Kilometern und fließt nach natürlicher Abkühlung zurück in den Qiandao-See.

Der gesamte Zyklus erreicht eine Null-Emissionen-Emissionen und spart mehr als 80 % des Kühlenergieverbrauchs, wodurch der PUE (Power Usage Effectiveness, auch bekannt als Energieeffizienz, PUE = Gesamtenergieverbrauch der Rechenzentrumsgeräte/Energieverbrauch der IT-Geräte, der Benchmark ist 2, je näher an 1, desto effizienter) des Alibaba Qiandao Lake Data Center durchschnittlich etwa 1,3 beträgt, wodurch Alibaba jedes Jahr fast 10 Millionen kWh Stromverbrauch einspart.

Alibaba Qiandao Lake Rechenzentrum

Quelle｜Siehe Wasserzeichen

Der Ansatz von Microsoft ist direkter. Im Jahr 2018 verkleidete Microsoft 864 Server mit robusten Hüllen und warf sie direkt in den eisigen Meeresboden vor Schottland in einer Tiefe von etwa 36 Metern. Dabei nutzte das Unternehmen die niedrige Temperatur des Meeresbodens zur Wärmeableitung. Darüber hinaus ist die Konvektionsintensität des Ozeans höher als die von Seen und anderen Gewässern, sodass auch die Wärmeableitungseffizienz höher ist. Im Jahr 2020 hat Microsoft diese Server geborgen und festgestellt, dass die Ausfallrate der unter Wasser installierten Server nur ein Achtel der Ausfallrate der Server an Land betrug.

Neben der Wärmeableitung hat Microsoft bei diesem Schritt auch andere Faktoren berücksichtigt. So lebt etwa ein Drittel der Weltbevölkerung am Meer und die Wirtschaft der am Meer gelegenen Städte ist relativ weit entwickelt. Die Platzierung von Servern am Meer ist für die Versorgung dieser Menschen besser geeignet. Gleichzeitig befindet sich in diesem Meeresgebiet auf den Onik-Inseln ein Gezeitenkraftwerk, das ausreichend Energie für die Server bereitstellen kann.

Microsofts Server unter dem Meer in Schottland

Quelle｜pic4.zhimg.com Neben Wasser kann es auch in den Bergen platziert werden

Das Platzieren von Servern im Wasser hat viele Vorteile, kann aber auch etwas umständlich sein, wenn Wartungsarbeiten erforderlich sind, und es müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, wie etwa die Wasserdichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit und biologische Erosionsbeständigkeit des Servers. Aus diesem Grund entscheiden sich einige Hersteller wie Tencent und Huawei dafür, ihre Server in Höhlen unterzubringen.

Gui'an, Guizhou ist ein Sommerresort in meinem Land und auch der Standort des Tencent Qixing Data Center und des Huawei Qixing Lake Data Center. Als Rechenzentrum wurde Gui'an ausgewählt, da es viele Vorteile bietet.

Klima: Die Temperaturen sind relativ niedrig, die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt nur 15 bis 16 Grad Celsius. Selbst die Höchsttemperatur im Sommer übersteigt nicht 25 Grad Celsius und der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht ist gering.

Geografische Umgebung: Gui'an hat ein offenes Gebiet, eine hohe Vegetationsbedeckung (80 %), eine stabile geologische Struktur und ist nicht anfällig für Naturkatastrophen wie Erdbeben.

Was die Energieversorgung angeht: Der durchschnittliche Strompreis im Gui'an New District beträgt nur 0,35 Yuan/kWh, was mehr als die Hälfte unter dem nationalen Durchschnittspreis von 0,77 Yuan/kWh liegt, was sehr günstig ist.

Aufgrund der oben genannten Vorteile eignet sich Gui'an besonders gut zum Hosten von Servern.

Tencent hat im Berg Qifengpo in Gui'an sechs Tunnel gegraben, fünf horizontale und einen vertikalen. Die fünf horizontalen Tunnel sind alle in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet. Die Tunnelfläche beträgt etwa 40.000 Quadratmeter und in ihr sind etwa 300.000 Server untergebracht. Die fünf horizontalen Tunnel sind mit B1, B2, B3, B4 und B5 nummeriert. B1 ist der Stromtunnel, B2 bis B5 sind Tunnel für IT-Geräte und über jedem Tunnel befinden sich zwei vertikale Schächte zur Belüftung. Während des Betriebs strömt der Außenwind direkt in den Krafttunnel, wird gefiltert und weiter gekühlt, nachdem er das darin installierte Kühlmodul passiert hat, und gelangt dann in die IT-Geräteöffnung, um sich mit der heißen Rückluft auszutauschen, die durch den Betrieb der IT-Geräte entsteht, und wird dann aus dem Schacht abgeleitet. Dadurch wird nicht nur die externe Kühlquelle voll ausgenutzt, sondern auch die möglichen Auswirkungen auf die Geräte werden vermieden, die durch die direkte Verwendung externer Luft entstehen.

Nach Tests durch das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie kann der PUE-Grenzwert des Qixing-Rechenzentrums 1,1 erreichen; Der durchschnittliche PUE anderer inländischer Rechenzentren beträgt 1,73, was erhebliche Energiespareffekte mit sich bringt.

Tencent Seven Star Rechenzentrum

Quelle | Baidu

Der Bedarf der Menschheit an Rechenleistung wird in Zukunft nur noch weiter steigen und Themen wie die Standortwahl von Rechenzentren, der Energieverbrauch für Betrieb und Wartung sowie der CO2-Ausstoß werden immer wichtiger. Die Suche nach geeigneten Lösungen und die Förderung einer umweltfreundlicheren und effizienteren Entwicklung der Rechenzentrumsbranche werden in der zukünftigen Informationsbranche zweifellos zu einem wichtigen Trend werden.