Hohe Rechenleistung – geringe Kosten

Der Administrator in einem Rechenzentrum kämpft mit einem immer höheren Bedarf an Rechenleistung. Das führt dazu, dass immer mehr Serversysteme in einen flächenmäßig begrenzten Serverraum beziehungsweise Rechenzentrum untergebracht werden müssen.

Tower-Server haben in großen, modernen Serverräumen nichts zu suchen. Sie sind nur ideal für den Einsatz in kleineren Umgebungen. Dagegen sind Rack-Server für große IT-Infrastrukturen besser geeignet. Sie lassen sich aus Gründen der hohen Packungsdichte und des strukturierten Verkabelungsaufwandes bevorzugt in einem Server-Rack unterbringen. Darüber hinaus bieten diese Systeme erhöhte Ausfallsicherheit und lassen sich besser in einen Server-Park beziehungsweise standarisierten Serverraum integrieren.

Allerdings stößt auch diese Server-Technologie schnell an ihre Grenzen. Wenn zum Beispiel ein klimatisierter Serverraum an die Kapazitätsgrenzen der Rack-Server-Installationen (Raumvolumen) stößt, sind Probleme vorprogrammiert. Hier können auf Grund ihres Aufbaus und Formfaktors Blade-Server helfen. Sie bieten gegenüber Rack-Servern eine sehr hohe Rechenleistung pro Volumeneinheit. Zusätzlich lassen sie sich durch die modulare Bauweise einfach skalieren und mit wenig Hardware-Aufwand in eine bestehende IT-Umgebung einfügen.

Design eines Blade-Rechners

Die Besonderheiten eines Blade-basierten Systems sind mannigfach. Im Prinzipiellen handelt es sich dabei um einen kompakten Rechner mit allen Baugruppen auf einem Board. Anders als bei den traditionellen Serversystemen, die jeweils getrennte Boards für die unterschiedlichen Funktionen aufweisen, vereint das Blade alle Rechnerfunktionen in einer Baugruppe.

Dies umfasst beispielsweise den Kern der Rechner mit den Prozessoren, den Arbeitsspeicher und das Bussystem. Hinzu kommen die Anschlüsse für das Netzwerk, ein lokaler Massenspeicher und die Stromversorgung. Als Massenspeicher kommen entweder traditionelle Festplatten oder aber Solid State Disks zum Einsatz. Ferner sind auch Blades mit den Funktionen eines DAS, NAS oder SAN verfügbar. Der Aufbau und Umfang eines Blade-Rechners orientiert sich an dessen Einsatzzweck.

Die Blade-Hersteller liefert darüber hinaus eine Vielzahl an unterschiedlichen Blades für die jeweiligen Anforderungen. Zur Virtualisierung beispielsweise werden diese mit einer erhöhten Speicherkapazität und mehreren Netzwerkanschlüssen ausgestattet. Damit trägt man den besonderen Anforderungen bei virtuellen Umgebungen Rechnung.

Die Vorteile von Blades

Die Verwendung von Blade-Systemen hat gegenüber den traditionellen Rack-Systemen eine Reihe an Vorteilen. So stellen Blade-Systeme einen abgeschlossenen Rechner dar. Dieser benötigt zum Betrieb keine weiteren IT- Baugruppen. Traditionelle Server hingegen verlangen immer eine Anbindung an weitere IT-Infrastruktur-Baugruppen. Durch die in sich abgeschlossene Funktionsweise und Vollständigkeit eines Blades entfallen die Abhängigkeiten zwischen unterschiedlichen IT-Baugruppen. Das Blade bringt alle benötigten Baugruppen als abgestimmte Einheit bereits mit. Dies verringert die Abhängigkeiten untereinander.

Durch die Paketierung aller Rechnerkomponenten in einer Einheit reduzieren sich aber auch alle weiteren Verbindungen und Verkabelung, die ansonsten benötigt werden. Dazu gehören die Netzwerkverbindungen mit den Routern, Switches, der Anbindungen an die Massenspeicher oder die Stromversorgung. Weniger Baugruppen, die aufeinander abgestimmt sein müssen, reduzieren aber auch die Kompatibilitätskonflikte. Vom Blickwinkel eines Rechnerverbunds reduzieren sich damit die Verbindungen zwischen den einzelnen Baugruppen, unabhängig davon, ob diese durch Stecksysteme oder Kabelverbindungen vorgenommen werden.

In typischen Umgebungen lassen sich beispielsweise die Kabelverbindungen an der Backplane um bis zu 94 Prozent reduzieren. Kürzere Verbindungen auf dem Board anstelle einer externen Verkabelung wiederum ermöglichen einen höheren Durchsatz. Ferner erhöht sich die Ausfallsicherheit aufgrund der fehlenden Verbindungen.

Blades bieten mehr Rechenleistung pro Volumeneinheit

Ein weiterer und in vielen Fällen eminenter Vorteil der Blade-Systeme gründet erneut auf ihre kompakte Bauweise. Blades ermöglichen schlichtweg mehr Rechenleistung pro Volumeneinheit oder Standfläche. In durchschnittlichen Szenarien führt das zu einer Verdopplung der Rechenleistung pro Volumeneinheit. Da des Weiteren die Blade-Rechner eine weitaus bessere Energieeffizienz aufweisen, sind die Auswirkungen auf den Energieverbrauch nur gering. Durchschnittliche Systeme weisen einen um 30 Prozent niedrigeren Strombedarf auf, als diese bei den traditionellen Rack-Servern gilt.

In nicht wenigen Fällen ist der Einsatz von Blade-Rechnern ohnehin der einzig machbaren Weg, um die Rechenleistung und damit den IT-Service zu erhöhen. Dies gilt beispielsweise dann, wenn das Data Center bereits am Rande seines Fassungsvermögens operiert und weitere Serverracks aus Platzmangel nicht mehr dazu gepackt werden können. Außer dem Einsatz von Blades gibt es keinen Weg, um mit einem vertretbaren Budget die gesamte Rechenleistung zu erhöhen.

Die andere Alternative wäre die Vergrößerung des Data Centers, doch dass ist in jedem Fall mit einem enormen Investitionsaufwand und oftmals auch Umbaumaßnahmen verbunden. Demgegenüber stellt der Einsatz von Blades eine willkommen Möglichkeit dar, die Rechenkapazität zu erhöhen, ohne gleichzeitig das Rechenzentrum in seiner Gesamtheit erweitern zu müssen.

Homogenität vereinfacht die Verwaltung

Nicht minder wichtig ist der Vorteil der Blade-Systeme in Hinblick auf die Verwaltung. Eines der Axiome der IT ist zweifelsfrei der immerwährende Trend zu höherer Dichte und einer zunehmenden Komplexität. Alle IT-Systeme werden zunehmend größer und gleichzeitig komplexer. Die Maxime lautet daher, und auch das ist nicht neu, eine Reduzierung des Verwaltungsaufwands. Bei zunehmender Komplexität lässt sich der Verwaltungsaufwand aber nur dann reduzieren oder zumindest gleich halten, wenn die Automatisierung ausgeweitet wird. Doch Automatismen verlangen immer nach Standards. Dies spricht erneut für die Nutzung der Blade-Systeme. Sie schaffen durch die Integration aller Komponenten und Standardisierung der Systeme erst die Grundlage für die Automatismen.

Sind hingegen viele unterschiedliche Systeme im Einsatz und weisen diese darüber hinaus eine große Abhängigkeit auf, werden sie auch weiterhin nur durch eine manuelle Verwaltung in Betrieb zu halten sein. Ferner gilt auch hier: weniger unterschiedliche Baugruppen benötigen weniger Verwaltung. Auch Änderungen an der Softwarestruktur, der Provisionierung der System, ihren Updates und Patches sind einfacher, wenn die Abhängigkeiten geringer sind.

Schnelle Reaktion durch HotSwap

Durch die Standardisierung der Baugruppen und der HotSwap-Funktion lassen sich Baugruppen bei Bedarf leichter austauschen oder erneuern. Im Fehlerfall wird dann die defekte Baugruppe deaktiviert und durch eine korrekte ersetzt. Dies bedingt natürlich auch immer die Rücksichtnahme auf die Applikationen und Serverdienste. Änderungen an der physikalischen Infrastruktur müssen im Einklang damit stehen.

Dies allerdings führt erneut zur Forderung nach automatisierten Dienste und Mechanismen zur rechnergestützten Verwaltung. Der Zwang zur Vereinheitlichung, wie es die Blade-Systeme darstellen, kommt aber auch von einer ganz anderen Richtung: der Änderungen in den Betriebsmodellen mitsamt dem Outsourcing, Outtasking oder allgemein der Einbindung jeglicher Fremdleistung in den eigenen IT-Betrieb. Der Effizienzgewinn, den ein Outsourcer erzielen kann entsteht vor allem auch dadurch, dass er wiederkehrende und standardisierte Prozesse und Verfahren einsetzt.

Dies deckt sich auch mit den Anforderungen, wie ITIL sie definiert. Durch Baselines werden dabei die Konfigurationen von Systemen zusammengefasst. Eine Baseline macht aber nur Sinn, wenn sie auch in der Breite anwendbar ist. Existieren hingegen zu viele diese Konfigurationssätze, so wird das Konzept ad absurdum geführt.

Blades im Kostenvergleich

Auch im direkten Kostenvergleich spricht einiges für die Blade-Systeme. Hierbei muss aber immer eine Gesamtbetrachtung vorgenommen werden. Durch die Paketierung eines Rechners in einer Einheit reduzieren sich die Netzwerkbaugruppen, die Verkabelung, der Stromverbrauch und der Bedarf für Kühlung. Dies führt mittelbar zu niedrigeren Betriebskosten als bei einer vergleichbaren Rechenleistung mit traditionellen Rack-Systemen. Die einfachere Verwaltung und die bereits vorhandenen Hilfen dazu verringern ihrerseits den Verwaltungsaufwand und somit die Kosten des IT-Betriebs.

Durch die integrierten Verwaltungsschnittstellen entfällt der Bedarf für separate KVM-Switches oder auch spezieller Verwaltungssoftware. Gleiches gilt aufgrund der Reduzierung der Baugruppen und Schnittstellen. Die Reduzierung der Abhängigkeiten und Baugruppen senkt auch den Aufwand für die Softwarebereitstellung und Wartung.

Um IT-Systeme ausfallsicher zu gestalten, werden diese häufig redundant ausgelegt. Dabei kommen Clustersysteme und ähnliche Konzepte zum Einsatz. All diese Verfahren bedingen aber die Bereitstellung einer zusätzlichen Hardware, just für den Fehlerfall. Der Grund für diese zusätzliche Hardware liegt genaugenommen darin, dass man Ausfälle der produktiven Systeme durch die Bereitstellung von Ersatzsystemen abfedern möchte. Wenn es aber gelingt, die primären Systeme bereits gegen den Ausfall abzusichern, so fällt die Notwendigkeit für Ersatzsysteme, egal welcher Art, gänzlich weg.

Viele Hersteller haben daher im Design ihrer Blade-Systeme und deren Enclosures ein hohes Gewicht auf die Ausfallsicherheit gelegt. Dies umfasst alle Baugruppen, vom Bussystem bis zur Klimaversorgung. Hinzu kommt die dynamische Aktivierung und Bereitstellung von Baugruppen oder IT-Diensten.

Virtuelle Verwaltung sorgt für Dynamik und Ausfallsicherheit

Durch die Hilfen von Virtualisierungslösungen lassen sich Blades auch per Software aktivieren und zu einem Verbund dazu schalten. Dies ermöglicht die Konfiguration von Rechnersystemen und die logische Hinzunahme oder das Entfernen von Baugruppen alleine durch softwaremäßige Änderungen an der Konfiguration des Blade-Systems. Dies vereinfacht auch die Wartungsarbeiten. Der physische Austausch einer Baugruppe kann so in die betriebsfreie Zeit gelegt werden.

Eine physische Änderung an einem Rechnersystem erfordert immer auch die physische Anwesenheit des Administrators. Mit entsprechenden Virtualisierungssystemen lässt sich dies auch aus der Ferne bewerkstelligen. Ob der zugehörige Administrator dabei an seinem Arbeitsplatz nahe dem Rechenzentrum sitzt oder die Tätigkeit durch eine zentrale Servicestelle, wie etwa einem Partnerunternehmen oder IT-Dienstleister außerhalb des eigenen Gebäudes erbracht wird, spielt dabei keine Rolle. Auch aus dem Standpunkt der geforderten Automatisierung der IT-Verwaltung bringt diese Herangehensweise einen enormen Gewinn.

Die Konfigurationsaufgaben lassen sich damit auch in Skripte packen und automatisieren. Unter dem Blickwinkel der Techniken zur Virtualisierung von IT-Diensten sind solche Funktionen ohnehin ein Muss. Die dynamische Hinzunahme oder das Entfernen von Rechenleistung wird in jedem Fall zu einem Eckpfeiler der gesamten Virtualisierungsstrategie. Nur so lassen sich Rechnersystem innerhalb weniger Minuten in Betrieb nehmen oder für andere Aufgaben einsetzen. Verglichen mit einem langwierigen Beschaffungsvorgang von physischen Systemen verringert dies den Zeit- und Verwaltungsaufwand auf ein Minimum.

Blades im Mission-Critical-Einsatz

Die IT hat sich in vielen Unternehmen zum steuernden Faktor für die Geschäftprozesse etabliert. Ein Ausfall der Anwendungssysteme führt fast immer zu Geschäftseinbußen, in jedem Fall aber zu Leerzeiten für die Mitarbeiter. Zur Aufrechterhaltung der IT-Dienste, der Business Continuity, wird heute eine Vielzahl an unterschiedlichen Techniken angewandt.

Dazu zählen auch die oben erwähnten Cluster und die Ausfallsicherheit. Auch in dieser Hinsicht stellen die Blade-Systeme adäquate Möglichkeiten bereit. Durch die Reduzierung der Baugruppen und deren Abhängigkeiten, sowie der Standardisierung schaffen sie per se sicherere Systemumgebungen als dies bei zusammen gewürfelten Baugruppen unterschiedlicher Hersteller jemals der Fall sein kann. Hinzu kommen die erweiterten Möglichkeiten zur Fernwartung, den Automatismen in der Systemverwaltung oder der Virtualisierung.

So hat zum Beispiel HP seine High-End Server der Baureihe Integrity konsequent auf diese Mission Critical-Anforderungen ausgerichtet. Die Integrity-System basieren auf frei konfigurierbare Cellboards. Ein Cellboard umfasst, ähnlich einem Bladeeinschub, alle Rechnerkomponenten einschließlich Mehrwege-CPUs der Integrity-Reihe und Arbeitsspeicher. Ein komplettes Integrity-Rechnersystem subsummiert sich somit aus mehreren Cellboards und den weiteren Rechnerbaugruppen. Diese Cellboards werden durch Konfiguration zu Servercluster gruppiert. Gleichzeitig sind die betriebenen Systeme durch Hardware-Isolation vollständig voneinander abgesichert.

Aber auch andere Hersteller wie IBM, Fujitus Siemens, Dell oder Sun bieten entsprechende Blades-Systeme für Mission Critical Einsatz an.

Fazit

Die Anforderungen an die Data Center der Zukunft sind mannigfach. Eine höhere Flexibilität bei geringen Kosten gehört zweifelsfrei dazu. Faktum ist sicher auch, dass die Komplexität der Systeme in der Zukunft weiterhin ansteigen wird.

Um diese Quadratur des Kreises, bestehend aus steigender Komplexität und steigenden Anforderungen bei stagnierenden oder sinkenden Kosten, stemmen zu können, müssen Automatismen geschaffen werden. Dazu müssen allerdings die Basiskomponenten wie die Rechner standardisiert und modularisiert werden. Blade-Rechner schaffen hierfür die Grundlage. Sie reduzieren auf der Ebene der Hardware die Komplexität und Abhängigkeiten und erhöhen gleichzeitig die Rechenleistung. ((wl)

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag unserer Schwesterpublikation Computerwoche.