Leistungsanalysatoren vor dem Hintergrund der steigenden Nachfrage nach Datenservern und Rechenzentren - Wichtigkeit der präzisen Leistungsmessung:

Mit der rasanten Digitalisierung wächst die Datenmenge exponentiell, was die steigende Nachfrage nach Rechenzentren und ihre Rolle in der Datenspeicherinfrastruktur weiter ausdehnt. Gleichzeitig stellen die zunehmenden Klimaschutzvorschriften und die Anforderungen an Ressourceneinsparung eine doppelte Herausforderung dar: Einerseits die Leistung der IT-Infrastruktur und andererseits die Energieeffizienz. Diese Herausforderung umfasst von der Stromversorgung des gesamten Rechenzentrums über die Stromverteilung einzelner Maschinenräume bis hin zur Server- und Komponentenebene und betrifft sowohl Komponentenhersteller als auch Rechenzentrumbetreiber. Vor diesem Hintergrund wird die genaue Leistungsmessung immer wichtiger als Kernelement für Energieeffizienz, Betriebssicherheit und wirtschaftliche Machbarkeit. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, bieten wir Messgeräte und Lösungen, die auf die Anforderungen der Branche zugeschnitten sind.

Autor: Patrick Fuchs, Geschäftsentwicklungsleiter ZES ZIMMER Electronic Systems GmbH

Laut dem jüngsten Bericht wird die Nachfrage nach Rechenzentren im Jahr 2025 weiter steigen. Laut JLL Research wird der Bau von Rechenzentren mit insgesamt 10 GW Verbindungslast weltweit gestartet, von denen 7 GW voraussichtlich innerhalb des Jahres fertig sein werden. Dadurch entsteht eine enorme Nachfrage nach Energieversorgung, während die globalen Klimaschutzziele und Ressourceneinsparungsverpflichtungen eingehalten werden müssen. Obwohl die Diskussion über Energiequellen immer noch umstritten ist, ist sich die Branche allgemein einig, dass die Energieeffizienz von Rechenzentren verbessert werden muss. In diesem Artikel wird dieses wichtige Thema vertieft und analysiert, in welchen Kernanwendungsbereichen präzise Leistungs- und Energiemessungen die regulatorischen, wirtschaftlichen und ökologischen Herausforderungen moderner Rechenzentren bewältigen können.

Stromversorgung und unterbrechungsfreie Stromversorgung für Datenserver: Energieeffizienz im Fokus

Die Serverversorgung von niedriger bis hoher Leistung spielt eine entscheidende Rolle bei der Festlegung von Energieverbrauch, Wärme und Betriebskosten für Rechenzentren. Die zunehmend kompakte Konstruktion fördert eine höhere Systemdichte und erhöht die Zuverlässigkeit durch redundante Netzteile. Deshalb bevorzugen Rechenzentrumbetreiber zunehmend Stromversorgungslösungen, die hohe Energieeffizienzstandards erfüllen.

In den USA erfordert die ENERGY STAR-Zertifizierung, dass die Serverversorgung mindestens die 80 PLUS Silver-Zertifizierung erfüllt. Um technologisch fortgeschritten zu bleiben, innovieren Stromerzeugungshersteller kontinuierlich die Leistungselektronik und streben nach höheren Zertifizierungen wie 80 PLUS Titanium P mit einer Spitzeneffizienz von bis zu 96% bei 50% Last.

Um die Effizienzmessanforderungen in der Entwicklungs- und Testphase zu erfüllen, bieten wir den hochpräzisen Analyzer der Serie LMG600 an, die weit verbreitet zur Bewertung, Optimierung und Validierung der Energieeffizienz von Stromprodukten verwendet werden. Im Test wird die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsleistung unter unterschiedlichen Belastungsbedingungen ausgewertet. Darstellung zur Effizienzmessung der Serverversorgung mit dem Leistungsanalysator LMG641, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Für die Anforderungen unterschiedlicher Messobjekte in Bezug auf Genauigkeit, Bandbreite, Abtastrate, Schmalbandbreite und Breitbandbreite bieten wir folgende leistungsstarke Messkanäle:

☆ LMG600 B-Kanal: für allgemeine Messungen geeignet, Genauigkeit ± (0,05% der Messung + 0,02% des Messbereichs), Bandbreite 500 kHz, Abtastrate 150 kS/s

☆ LMG600 S-Kanal: Geeignet für hochpräzise Breitbandmessungen mit optimierter Gleichstromgenauigkeit, Genauigkeit ± (0,015% der Messung + 0,01% des Messbereichs), Bandbreite 10 MHz, Abtastrate 1,21 MS/s

Die Leistungsanalysatoren der Serie LMG600 unterstützen die modulare Konfiguration dieser Kanäle und eignen sich für eine oder mehrere Phasenmessungen mit Messbereichen von bis zu 32 A (rms) und 1000 V (rms).

Für Anwendungen mit hohem Strom bieten wir hochpräzise Stromsensoren der PCT-Serie, die Tausende von Amperen für die Energieeffizienzbewertung von Hochleistungsversorgungen und UPS-Batterien mit hoher Kapazität unterstützen.

Konformität der Datenserver sicherstellen – LMG Test Suite unterstützt den Weg zur Compliance

Regierungen und regionale Organisationen setzen Ziele für Energieeffizienz auf nationaler oder EU-Ebene und fördern die Entwicklung von Normen und Vorschriften, die den lokalen Zielen für nachhaltige Entwicklung entsprechen. Rechenzentren und Server müssen unter möglichst energiesparenden und klimafreundlichen Bedingungen betrieben werden, um die Compliance sicherzustellen. Die EU verlangt beispielsweise, dass ein Datenserver, der installiert wird, eine CE-Konformitätserklärung gemäß den EMV-Normen (EN/IEC 61000-3) und den Energieverbrauchsmessnormen (EN 50564) besitzt.

Um die Konformität der Zertifizierung sicherzustellen, müssen zuverlässige Tests durchgeführt werden. Unsere LMG Test Suite-Software zur Unterstützung des LMG600-Leistungsanalysators ermöglicht Compliance-Tests auf PC-Seite und beurteilt wichtige Parameter wie Harmonik, Leistungsfaktor, Spannungsschwankungen und Standby-Stromverbrauch:

EN/IEC 61000-3-2 / -12 (harmonische Grenzwerte)

EN/IEC 61000-3-3 / -11 (Spannungsschwankungen und Blinken)

IEC 62301 / EN 50564 (Standby-Stromverbrauch)

Der Leistungsanalysator LMG600 erfüllt die Normen für Harmonik (EN/IEC 61000-4-7) und Blinkprüfung (EN/IEC 61000-4-15). Gleichzeitig bieten wir für die Konformitätsprüfung spezielle hochpräzise Messkanäle an:

☆ LMG600 C-Kanal: speziell für 50/60 Hz-Konformitätsprüfungen konzipiert, Genauigkeit ± (0,03 % der Messwerte + 0,01 % des Messbereichs), Bandbreite 10 kHz, Abtastrate 150 kS/s

Optimierung der Energieeffizienz des Systems im Betrieb des Servers: SPECpower Benchmark

Um große Datenmengen schnell und zuverlässig zu verarbeiten, verwenden Server in der Regel eine Multi-Core-CPU-Struktur. Wenn sich die Berechnungslast ändert, ändert sich auch die Energieeffizienz, so dass die Energieeffizienz des gesamten Systems im Betriebsmodus schwankt. Energieeffizienz wird in der Regel als Leistung pro Watt bezeichnet.

Um die Systemeffizienz kontinuierlich zu optimieren, müssen Rechenzentrumsverwalter die Serverhardware auf der Grundlage der Last auswählen und validieren, um das durchschnittliche Leistungsverhältnis während des tatsächlichen Betriebszyklus zu erhöhen. Zu diesem Zweck hat der SPECpower-Ausschuss der SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) den Benchmark SPECpower_ssj2008 zur standardisierten Bewertung der Energieeffizienz von Servern unter unterschiedlichen Belastungen eingeführt.

Die Leistungsanalysatoren der Serie LMG600 von ZES ZIMMER gehören zu den SPEC-zertifizierten Geräten. Im Folgenden werden Diagramme für repräsentative Messungen festgelegt.

Die Ergebnisse des LMG611-Benchmarks können als Grundlage für die Bewertung des aktuellen Energieeffizienzniveaus verwendet werden, um den nationalen Aufsichtsbehörden zu berichten. In Deutschland und in der gesamten EU gilt dies insbesondere für die obligatorische Erklärung des Energieverbrauchs von Rechenzentren, d.h. die Einreichung im Energy Efficiency Register for Data Centers. Mit dem SPECpower-Benchmark und unseren Leistungsanalysatoren der LMG600-Serie verfügen Rechenzentrumbetreiber über eine Reihe bewährter Messlösungen, die alle regulatorischen Anforderungen effizient erfüllen können.

Effiziente Transformatoren: Steigerung der PUE durch geringeren Stromverbrauch

Die Belastung eines Rechenzentrums ist in der Regel nicht linear (z. B. Server, Verteilungseinheits-PDUs, Frequenzumrichter usw.), was Transformatoren, die an das Netz angeschlossen sind, eine Herausforderung darstellt. Wenn der harmonische Strom nicht effektiv unterdrückt wird, erhöht sich die Transformatorlast und verringert sich die Betriebseffizienz, was den Schlüsselenergieeffizienzindikator PUE (Power Usage Effectiveness) des Rechenzentrums beeinflusst.

Eine blinde Erhöhung der Transformatorkapazität ist nicht wirtschaftlich machbar, sondern erhöht den Leerlastverlust. Daher sind Vorschriften wie das DOE 2016 (US-Energieministerium) und die Ecodesign-Richtlinie der Europäischen Union (Ecodesign Tier 2) für hocheffiziente Transformatoren vorgeschrieben (z. B. mit einem nicht-kristallinen Eisenkern mit K-13-harmonischer Toleranz). Diese Transformatoren sind mit einer Effizienz von über 99,5 % im Lastbereich von 50 % bis 75 % und unterdrücken effektiv die Harmonie.

Solch ein geringer Stromverbrauch stellt hohe Anforderungen an Testgeräte. Der Analysator LMG671 von ZES ZIMMER (mit A- oder S-Kanälen) bietet die erforderliche Messgenauigkeit, Bandbreite und harmonische Analysefähigkeit. Darüber hinaus ermöglicht die PSI-Schnittstelle den Anschluss von Temperatursensoren, die Kompensation der Temperaturdrift bei Transformator-Kurzschlussprüfungen (zur Kupferverlustmessung) und die automatische Abwicklung des Testprozesses über den integrierten Skripten-Editor.

Darüber hinaus bieten wir hochpräzise Strom- und Spannungssensoren wie die Stromsensoren der PCT-Serie und die HST-Hochspannungsteiler, die die Leistungsmessung von Hunderten von kVA auf mehrere MVA unterstützen.

Schlussfolgerungen

Vor dem Hintergrund des steigenden Energieverbrauchs von Rechenzentren und Servern und der zunehmenden Vorschriften ist die genaue Leistungsmessung ein Schlüsselelement für die Verbesserung der Energieeffizienz und die Einhaltung von Compliance. Mit den Leistungsanalysatoren der Serie LMG600 von ZES ZIMMER und dem zugehörigen Zubehör können Hersteller und Entwickler von Stromversorgungen, Stromverteilungseinheiten und hocheffizienten Transformatoren auf der Grundlage präziser Messergebnisse Leistungsoptimierungen und Energieeffizienzverifizierungen durchführen.

Von Compliance-Tests nach 80 PLUS, ENERGY STAR, DOE 2016 über EU Ecodesign bis hin zur standardisierten Energieeffizienzbewertung von SPECpower bietet unsere Testplattform Rechenzentrumbetreibern eine umfassende Lösung zur Optimierung der Server-Effizienz und zur Erfüllung ihrer Energieverbrauchserklärungspflichten.

Die Kombination der Leistungsanalysatoren der LMG600-Serie mit der LMG Test Suite-Software gewährleistet nicht nur die Erfüllung aller Energieeffizienzstandards, sondern unterstützt auch die Entwicklung von Rechenzentren in eine grüne, nachhaltige und wirtschaftlich tragbare Richtung.