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Industrieserver: Leise Ausführung für Leitwarte & Co.

Bild 1. Die modular aufgebaute Kiss-Serverfamilie in 1 HE, 2 HE und 4 HE mit normaler oder verkürzter Chassistiefe erleichtert die Variantenbildung

Bild 2. Datenspeicher können mittels des modularen Kiss-Konzepts flexibel, beispielsweise über die Festplatten-Carrier der Kiss-DA-Familie, eingebunden werden. Für eine besonders sichere, redundante Datenhaltung bietet das RAID-Subsystem „Kiss Stor“ (oben rechts im Bild) RAID 0, 1, 5 und 10 Unterstützung

Bild 3. Der innere Systemaufbau der Kiss-Server ermöglicht einen ungehinderten Luftstrom für eine effiziente und leise Systemkühlung

Für den Einsatz in Leitwarten müssen Server besondere Eigenschaften mitbringen. Dazu zählen beispielsweise hohe Leistungsfähigkeit und geringes Geräuschaufkommen. Für derartige Einsatzgebiete sowie das industrienahe Umfeld wurden vor rund acht Jahren die Kontron Industrial Silent Server. Nun ist die zweite Generation der Serverfamilie verfügbar. Sie bringen eine Reihe Verbesserungen mit.

Leitwarten, in denen alle wichtigen Anlagen- und verfahrenstechnische Informationen zusammenlaufen, und in denen unzählige Prozesse kontrolliert sowie gesteuert werden müssen, stellen anspruchsvolle Einsatzumgebungen für Mensch und IT dar. Zu den klassischen Einsatzszenarien zählen beispielsweise Leitwarten in der Energieerzeugung, in Wasserkraft- und Klärwerken, im Tagebau, genauso wie Fertigungsleitstände in der Industrie oder verkehrstechnische Leitstände im Bahnbetrieb, in der Flugsicherung oder bei der Verkehrs- und Tunnelüberwachung. In diesen sicherheitskritischen Einsatzszenarien hat innerhalb der letzten Jahrzehnte die Komplexität der Aufgaben stetig zugenommen. Gründe dafür sind die gestiegene Anzahl der zu überwachenden technischen Geräte und das höhere Informationsaufkommen. Diese Tatsache stellt nicht nur eine Herausforderung für die Konzentrationsfä­higkeit der menschlichen Operatoren dar, sondern fordert auch zunehmend leistungsfähigere IT. Wurden beispielsweise früher Videos eins zu eins pro Kamera überwacht, zeigen heute wenige Monitore ausschließlich eventgetriggerte Bilder an. Ein weiteres Stichwort ist die Liberalisierung des Energiemarkts und die zunehmende dezentrale Energieerzeugung, die das Management der Netze komplexer macht.

Lüftergeräusche als Störfaktor
In Leitwarten kommen deshalb immer häufiger sehr leistungsstarke Serversysteme im arbeitsnahen Umfeld zum Einsatz. Diese bringen allerdings zumeist einen entscheidenden Nachteil mit sich: Mit der Leistungsfähigkeit der integrierten Prozessoren steigt zugleich die Notwendigkeit zur Wärmeabfuhr mithilfe von Lüftern. Die damit verbundenen Nebengeräusche sind jedoch unerwünscht, da sie die Konzentrationsfähigkeit der Leitwartenoperatoren negativ beeinflussen können. Aber auch in nicht-sicherheitskritischen Einsatzumgebungen können die Lüftergeräusche als störend empfunden werden, beispielsweise bei Serversystemen, die in professionellem A/V-Equipment, in der Bühnentechnik oder im Facility-Management eingesetzt werden.
Dass es prinzipiell auch anders geht, beweisen zahlreiche Systeme im Consumer- und Office-Bereich, die dank immer energieeffizienterer Prozessoren mittlerweile lüfterlos und damit lautlos betrieben werden können. Wenn Anwender diesen Anspruch auf Hochleistungsserver übertragen, werden allerdings Äpfel mit Birnen verglichen. Das wird spätestens deutlich, wenn man die Verlustleistung der Low-Power-Prozessoren für Office-Anwendungen mit der Verlustleistung professioneller Serverprozessoren vergleicht. Bei den für Hochleistungsserver prädestinierten Intel-Xeon-Prozessoren beispielsweise, beträgt die maximale Verlustleistung je nach Performance-Bedarf zwischen 60 W und 130 W. Demgegenüber liegt die Verlustleistung bei lüfterlos zu betreibenden Low-Power-Prozessoren nur noch im einstelligen Wattbereich. Deshalb sind in der Serverklasse nach wie vor aktive Lüfterkühlungen die Regel.

Die leise Variante
2004 entwickelte Kontron die Kontron Industrial Silent Server-Familie mit dem Anspruch, den Bedarf nach industrietauglichen und gleichzeitig besonders leisen Serversystemen zu erfüllen (Bild 3). Bei der Entwicklung haben sich die Spezialisten in Hinblick auf die Geräuschentwicklung an den Empfehlungen für gewerbliche Büroräume orientiert, die für ein konzentriertes Arbeiten Werte zwischen 35 dBA und 45 dBA vorgeben. Laut Testmessungen erzeugen die Kiss-Systeme in der Standardkonfiguration weniger als 35 dBA und liegen damit unter den empfohlenen Werten. Um ermessen zu können, welche Entlastung dies für das menschliche Ohr bedeutet, muss man sich folgende Zusammenhänge vor Augen führen. Unterhalb von 40 dBA nimmt man eine Erhöhung um 5 dBA als Lautstärkeverdopplung wahr (oberhalb von 40 dBA empfindet man eine Erhöhung um 10 dBA als doppelt so laut). Im Vergleich zu einem Gerät, das mit 40 dBA die empfohlenen Richtwerte einhält, ist ein Standard-Kiss-System weniger als halb so laut.

Weitere Optimierung bei kundenspezifischen Entwicklungen
Möchte ein Kunde ein noch leiseres Gerät, realisiert dies der Custom-Designservice. So geschehen beispielsweise für einen Ausrüster für professionelle Audio- und Videotechnik. Für den Einsatz in Tonstudios und Übertragungswagen wünschte er sich eine nochmals leisere Serverauslegung. Denn in diesen Einsatzszenarios treffen die geschulten Ohren von Tontechnikern unmittelbar mit der Servertechnologie auf engem Raum zusammen. Die Anforderung war deshalb, dass die Server selbst aus einem Abstand von 20 cm nicht mehr akustisch wahrnehmbar sind. Der Standard-Kiss-Server, der die Eigenschaft „Leise“ auch aus Kostengründen nicht bis an die Spitze höchster technischer Perfektion treibt, wurde mit einigen etwas teureren Spezialauslegungen versehen. Dazu kamen hardwareseitig neue Netzteile zum Einsatz, deren Lüfter eine noch langsamere Anlaufdrehzahl aufweisen, sowie ein größerer Kühlkörper mit größerem Lüfter und geringerer Drehzahl. Softwareseitig wurde zudem eigens das Bios optimiert. Eine spezielle Parametrierung der QST (Intel Quiet System Technology) minimiert jetzt die Geschwindigkeitsänderungen in der Lüfterdrehzahl und das nicht nur für die CPU-Lüfter, sondern auch für die verbesserten Chassislüfter, die dazu mit dem CPU-Board verbunden wurden. Die überarbeiteten Kiss-Server bieten so nun eine noch geringere Geräuschemission und sind aus einem Abstand von 20 cm schon nicht mehr wahrnehmbar. Zusätzlich zeigte Kontron noch weitere Optionen auf, die Systeme noch leiser auszulegen, beispielsweise durch den Einsatz einer Heatpipe-Kühlung und den Einbau von lautlosen Solid-State-Drives als Datenspeicher. Auch ist vorstellbar, in Abhängigkeit von der gewünschten Systemkonfiguration die Gehäusekopplung sowie das Gehäusevolumen als Resonanzkörper auf ein Minimum zu reduzieren und/oder Geräuschabsorber einzubauen.

Gutes noch besser gemacht
Bei häufiger nachgefragten Kundenanforderungen werden diese als Standard-Features dauerhaft in die Serverfamilie übernommen. Ein Beispiel stellt die nun verfügbare zweite Generation der Kiss-Serverfamilie (Bild 1 und 2) dar, die in mehreren Details verbessert wurde. Beispielsweise ist neben der Standardausführung mit IP20-Schutz nun optional auch eine Variante mit IP52-Schutz verfügbar. Zudem wurden die Server auch für anspruchsvolle Applikationen mit höheren Betriebs-temperaturen tauglich gemacht. Dazu zählt das Transportwesen genauso wie die Verteidigungstechnik. Darüber hinaus sind die hot-swap-fähigen Chassislüfter jetzt direkt frontseitig auswechselbar, was den Wartungsaufwand reduziert. Verbesserungen gab es auch im Hinblick auf die Spannungsversorgung: Die integrierten Netzteile sind nun auch für höhere Leistungen ausgelegt und erfüllen den 80-Plus-Standard, was einen hohen Wirkungsgrad bescheinigt. Zudem wurde die unterstützte Netzspannung auf industrielle Spannungsbereiche ausgedehnt. Durch Verbesserungen an der Arretierung des inneren Schutzbügels konnte die Schock- und Vibrationsfestigkeit der Baugruppen gesteigert werden. Wie die bisherige Serverfamilie eignet sich auch die zweite Generation ideal zum Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen, was auch Luftfeuchtigkeit von 10 % bis 95 % einschließt.

Gleich geblieben sind bei der zweiten Servergeneration die hohe Modularität und die breite Skalierbarkeit in Sachen Performance, Peripheriebestückung und Chassisgröße. Ebenfalls unverändert bleibt das OEM-Programm für kundenspezifische auslegungen. Dabei sind im Leistungsumfang Produktzertifizierung, -test und -dokumentation genauso wie die Akkreditierung für die CE-Zertifizierung enthalten. Darüber hinaus bietet das Unternehmen während des gesamten Lebenszyklus des OEM-Produkts Unterstützung beim Lifecycle-Management und behandelt die kundenindividuelle Konfiguration so wie ein Serienprodukt. Das umfasst auch alle erforderlichen Upgrades und Patches, die sich bei Veränderungen aus der Summe der Einzelteile ergeben.

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Autor: Günther Dumsky ist Director Product Management bei der Kontron AG in Eching.