Der Klimawandel wirft einen Schraubenschlüssel an einen unerwarteten Ort: die Funktionsweise von Rechenzentren. Da die Häufigkeit von Hitzewellen weltweit zunimmt, schmelzen diese kritischen Teile der technologischen Infrastruktur immer häufiger zusammen und bedrohen ein grundlegendes Element des Internets.
Im Juli wurden die Rechenzentren von Google und Oracle in London ansässig offline gezwungen als Großbritannien Rekordtemperaturen von über 40 Grad Celsius erlebte. Die Hitzewelle machte die Kühlsysteme ihrer Rechenzentren unbrauchbar und verursachte bei vielen Kunden Website-Ausfälle. Der Google-Ausfall wirkte sich nämlich auf von WordPress gehostete Websites in ganz Europa aus.
Diese Kühlsysteme wurden entwickelt, um die von Servern und anderen Rechenzentrumsgeräten abgegebene Wärme zu regulieren. Aber wenn die interne Hitze auf die hohe Außentemperatur von Hitzewellen trifft, werden Kühlsysteme überfordert und können ihre Aufgabe nicht erfüllen. Infolgedessen werden wichtige Rechenzentrumsgeräte überhitzt und fallen aus.
Mit Hitzewellen, die sich jetzt in die Herbstmonate hineinschleichen, sehen sich Technologieunternehmen mit anhaltenden Unterbrechungen ihres IT-Betriebs konfrontiert. Im September befand sich Twitter laut a. in einem „nicht redundanten Zustand“, als starke Hitze einen Ausfall in seinem Rechenzentrum in Sacramento verursachte Firmenmitteilung von Carrie Fernandez, ehemaliger Vice President of Engineering bei Twitter. Sie nannte den Vorfall „beispiellos“ und sagte, die Hitzewelle habe „die vollständige Abschaltung der physischen Ausrüstung“ verursacht.
Obwohl Hitzewellen weltweit immer häufiger auftreten, sind Unternehmen wie Twitter stark unzureichend auf die Verwüstungen vorbereitet, die intensive Hitze in der Technologiebranche anrichten kann. Peiter „Mudge“ Zatko, Ex-Sicherheitschef von Twitter, enthüllte im August in einem Whistleblowing, dass Twitter durch „unzureichende Rechenzentrumsredundanz“ gefährdet sei. Er warnte davor, dass „ein vorübergehender, aber sich überschneidender Ausfall einer kleinen Anzahl von Rechenzentren“ dazu führen könnte, dass Twitter „für Wochen, Monate oder dauerhaft offline“ geschaltet wird. Jetzt, wo Elon Musk Twitter übernommen und viele Mitarbeiter entlassen hat, ist das Unternehmen wahrscheinlich noch weniger auf Hitzewellen vorbereitet als zuvor.
Hitzewellen: Ein wachsender IT-Kopfschmerz
Hitzewellen können Unternehmen, die stark auf IT-Dienste angewiesen sind oder digitale Produkte anbieten, großen Schaden zufügen. Steve Wright, Chief Operating Officer bei 4D Rechenzentren warnt davor, dass Umweltbedingungen wie starke Hitze die Fähigkeit haben, „IT-Geräte zu beschädigen und Stromausfälle aufgrund überlasteter Stromnetze zu verursachen“.
Unternehmen, die ihre Rechenzentren angesichts der steigenden Hitze nicht ordnungsgemäß warten, können laut Wright „Serverausfälle, Festplattencrashs und Datenverluste“ erleiden. „Jeder Stromausfall kann für einen Kunden verheerend sein, da wichtige Datendateien beschädigt werden oder verloren gehen, Mainframes nicht richtig funktionieren und Geld verloren geht, wenn Systeme überhitzen“, sagt er.
Es gibt jedoch Lösungen für dieses wachsende IT-Problem. Wright erklärt, dass Rechenzentrumsbetreiber mit der Installation von Backup-Generatoren beginnen können, die die Stromversorgung während eines Ausfalls sicherstellen. Er fügt hinzu, dass sie auch die Lebensdauer von Rechenzentrumsservern und Festplatten verlängern können, indem sie Temperatur und Luftfeuchtigkeit verfolgen.
Wright weist auf den Erfolg von Microsoft hin testen Unterwasser-Rechenzentren als Mittel gegen Überhitzung. Der Technologieriese nannte das Konzept „zuverlässig und praktisch“ und senkte seine Ausfallrate im Vergleich zu Rechenzentren an Land erheblich.
„Für Rechenzentren ist es notwendig, hochenergetische Kühlsysteme einzusetzen, um den steigenden Temperaturen entgegenzuwirken, insbesondere ab 2021 Umfrage zu Rechenzentren in den USA ergab, dass 45 % der Eigentümer und Betreiber von Rechenzentren, die für die Verwaltung der Infrastruktur in den weltweit größten IT-Organisationen verantwortlich sind, angaben, extreme Wetterbedingungen hätten ihren kontinuierlichen Betrieb bedroht“, erklärt er.
Die Kühlsysteme von Rechenzentren sind Schwachstellen für das Gesamtsystem
Kühlsysteme sollen eine Überhitzung der Rechenzentrumsausrüstung verhindern, aber die Realität ist, dass sie einfach nicht für rekordverdächtige Hitzewellen gerüstet sind. Intensive Hitze belastet Kompressoren, Pumpen, Lüfter und andere Kühlgeräte, so Daniel Bizo, Forschungsdirektor der Denkfabrik Uptime Institute Intelligence für Rechenzentren.
„Ohne in die technische Tiefe zu gehen, Kompressoren, von denen es viele Arten gibt, sind das Herzstück mechanischer Kältesysteme wie Klimaanlagen und Wasserkühlersysteme. Sie verwenden elektrische Energie, um ein gasförmiges Kühlmittel zu komprimieren, das sich später im Kreislauf ausdehnt (Kühlschlangen, die Umgebungsluft oder Wasser ausgesetzt sind) und dramatisch abkühlt, um einen Kühleffekt zu erzeugen“, erklärt er.
„Eine Pumpe in diesem Beispiel ist eine Wasserpumpe, die Anlagenwasser (in einem Kaltwassersystem) als Kühlmittel (das von den Kompressoren in den Wasserkühlern gekühlt wird) um das Rechenzentrum zirkuliert, um Wärme von den Computerraum-Lüftungsgeräten in Reihe abzuführen Kühleinheiten und andere Wärmetauschereinheiten. Je härter sie arbeiten, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit eines Scheiterns.“
Leider sind Kühlgeräte nicht die einzige wichtige Komponente von Rechenzentren, die extremer Hitze ausgesetzt sind. Laut Bizo können Backup-Generatoren und externe Stromversorgungsgeräte ebenfalls von Hitzewellen betroffen sein. Dies „kann ihre Fähigkeit verringern, die volle Kapazität des Rechenzentrums zu unterstützen, wenn dies erforderlich ist, falls das Netz wärmebedingte Probleme hat“.
Obwohl prominente Technologieunternehmen wie Google, Oracle und Twitter aufgrund der starken Hitze im Jahr 2022 erhebliche Störungen ihrer Dienste erlebten, gibt es einige Hoffnung für die Branche. Bizo erklärt, dass abgesehen von einigen bemerkenswerten Ausnahmen die überwiegende Mehrheit der Rechenzentren im Sommer „extreme Temperaturen ohne nennenswerte Probleme“ überstanden hat. Er führt dies auf „angemessene Strom- und Kühlungsredundanz und gute Gerätewartungshygiene“ zurück.
„Darüber hinaus laufen die meisten Rechenzentren in der Regel nur mit mäßiger Auslastung. Betreiber können die ungenutzte Kühlkapazität nutzen, um extreme Hitze zu bekämpfen“, sagt er. „ Im Gegensatz dazu neigen Cloud-Anbieter eher dazu, ihre Infrastruktur näher an die Grenzen zu bringen, und haben bei extremen Wetterereignissen weniger Spielraum für Fehler.“
So schützen Sie Rechenzentren vor Hitzewellen
Da Hitzewellen immer häufiger und katastrophaler für die globale Technologieinfrastruktur werden, müssen Rechenzentrumsbetreiber ihre Verteidigung gegen diese sehr reale Bedrohung stärken. Glücklicherweise ist Bizo zuversichtlich, dass es viele Lösungen gibt, um die Folgen extremer Hitze zu mildern.
Zunächst einmal können Rechenzentrumsbetreiber in Verdunstungs- und adiabatische Kühlsysteme investieren. Oder sie ergänzen bestehende Klima- und Kälteanlagen mit Sprinkleranlagen.
„Ein paar Grad höhere Temperatur in der Datenhalle zu tolerieren hilft, die Belastung der Kühlsysteme zu verringern; Wenn Ihr System nur Umgebungsluftkühlung verwendet (gerade durch Außenluft gekühlt), sollte ein Betreiber möglicherweise eine Aufrüstung mit einem Verdunstungseffekt in Betracht ziehen“, sagt er.
„Ein Beispiel könnte sein, Luft um die Kühlschlangen der Klimaanlage / des Kühlers herum zu vernebeln. Neubauten/große Renovierungen können sich für Kühlsysteme entscheiden, die konstruktionsbedingt Verdunstung (oder adiabatischen Effekt, ein weiteres physikalisches Phänomen, das auf der Aufnahme von Wasser in die Luft beruht) nutzen, um die Umgebungsluft abzukühlen, solange sie nicht zu feucht ist, um einen Kühleffekt zu erzielen .“
Aber er sagt, „eine strategischere, langfristigere Antwort“ auf die Klimakrise wäre die Einführung von flüssigkeitsgekühlten IT-Systemen. „Flüssigkeitsgekühlte IT hilft auch, weil sie höhere Temperaturen in der Kühlkette zulässt. Dies liegt daran, dass im Gegensatz zu Luft, die gemäß Branchenempfehlung im Bereich von 18 bis 27 ° C zugeführt werden muss, Flüssigkeiten (Wasser, technische Flüssigkeiten) direkt zu den Servern je nach Implementierung 30 ° C, in einigen Fällen sogar 40 ° C heiß sein können ,” er sagt. „Das bedeutet, dass beispielsweise ein Kaltwassersystem so ausgelegt werden kann, dass es Rechenzentrumskühlwasser mit 32 °C liefert. Dies erfordert massiv weniger Energie als das Kühlen auf unter 15 °C (als Beispiel), was in vielen Implementierungen typisch ist.“
Da Rechenzentrumsbetreiber bereits die schädlichen Auswirkungen von Hitzewellen erfahren, vertritt Uptime die Auffassung, dass sie regelmäßige Bewertungen durchführen sollten, um klimabedingte Schwachstellen zu identifizieren und Lösungen durchzusetzen, bevor die Zeit abläuft.
Bizo fügt hinzu: „Da extreme Wetterereignisse und andere Folgen des Klimawandels immer schwerwiegender und weit verbreiteter werden, ist die Bewältigung der Klimaresilienz ein modernes Geschäftsgebot.“
Wie Rechenzentren der Hitze trotzen können
Auch wenn die Technologiebranche extrem anfällig für Hitzewellen ist, mangelt es nicht an technologischen Lösungen für dieses Problem.
CyrusOne, ein Anbieter globaler Rechenzentren, hat auf extreme Hitze mit geschlossenen Kühlwassersystemen und luftgekühlten Kältemaschinen reagiert. Kyle Myers, Vizepräsident für Umwelt, Gesundheit, Sicherheit und Nachhaltigkeit bei CyrusOne, beschreibt sie als „energieeffizientes Mittel zur Bereitstellung von kühlem Wasser für unsere Geräte“.
Dieses System umfasst einen Kreislauf, der weniger als 8.000 Gallonen Wasser enthält und nur einmal befüllt werden muss, während andere Betreiber in der Regel mehrere zehn Millionen Gallonen Wasser pro Jahr verbrauchen, um jedes ihrer Rechenzentren zu kühlen. Diese einmalige Wasserquelle wird dann durch einen integrierten Kompressor und Kondensator gekühlt. Sobald das Wasser kalt ist, kann es die Temperaturen im Rechenzentrum senken.
Er sagt zu Gizmodo: „Dieser Prozess kühlt die IT-Ausrüstung in verschiedenen Temperaturregionen im ganzen Land. Unsere luftgekühlten Chiller sind mit Economizern ausgestattet, die es uns ermöglichen, kältere Temperaturen zu nutzen, um Wärme aus unserem gekühlten Wasser effizienter abzuleiten – und gleichzeitig den Bedarf an Zusatzwasserquellen zur Aufrechterhaltung des Betriebs zu eliminieren.“
Diese Technologie begrenzt zwar die Auswirkungen extremer Hitze auf wichtige Rechenzentrumsgeräte, ist aber auch gut für die Umwelt. Es benötigt keine ständige Wasserquelle, und da keine Abwasserleitung benötigt wird, werden keine Schadstoffe aus dem Rechenzentrum freigesetzt.
Myers sagt: „Für Einrichtungen, die zur Kühlung auf Wasser angewiesen sind, können sie während dieser Zeiträume eine enorme Menge Wasser durchbrennen, um Rechenzentren kühl zu halten. Glücklicherweise verwendet unser moderner Baustandard eine wasserfreie Kühlung, sodass unsere gesamte elektrische Last während dieser Zeit steigen kann, wir jedoch die Wasserressourcen in der von der Dürre heimgesuchten Region Phoenix nicht erschöpfen.“
Aber ohne in ausgefallene Systeme wie Kaltwassersysteme zu investieren, können Unternehmen die erhöhte Hitze durch klügere Entscheidungen mindern. Kelly Fleming, CIO von Cirrus Nexus, empfiehlt beispielsweise Unternehmen, die Workloads in die Cloud verlagern möchten, sich für da Zentrumsregionen, die erneuerbare Energien nutzen.
He empfiehlt außerdem: „Server, die nicht rund um die Uhr laufen müssen, können hoch- und heruntergefahren werden, wenn der Energieverbrauch in ihrer Rechenzentrumsregion am saubersten ist, was je nach Energiequelle erheblich variieren kann.“
Die letzten Monate haben gezeigt, wie verheerend Hitzewellen für die globale Technologiebranche sein können. Und da die zunehmende Hitze keine Anzeichen einer Verlangsamung zeigt, stehen Technologieunternehmen eindeutig an einem Scheideweg. Wenn Technologiefirmen es versäumen, extreme Hitze zu überwachen und zu mildern, scheinen schlimmere Ausfälle fast sicher.