Sicheres, datenschutzkonformes Hosting – das ist das Argument für eine Cloud made in Germany. Doch wie können Cloud Services aus deutschen Hochsicherheitsrechenzentren bei Kosten und Energieeffizienz dem Vergleich mit großen internationalen Anbietern standhalten? Noris Network aus Nürnberg hat ein Konzept namens „Cloud on top“ zum Patent angemeldet.

Große internationale Anbieter betreiben spezialisierte Cloud-Rechenzentren. Einer der Vorteile: Die robuste Hardware für Cloud-Anwendungen stellt deutlich niedrigere Ansprüche an die Kühlung als Hardware für klassische Legacy-Anwendungen. Die Folge: Cloud-Rechenzentren lassen sich effizienter betreiben. Während in klassischen Rechenzentren zudem komplexe Sicherheitseinrichtungen unterhalten werden müssen, um den einzelnen Kunden Zutritt zu ihrer Hardware zu erlauben, fallen diese bei Cloud-Rechenzentren weg.

Wer in Deutschland Cloud-Anwendungen datenschutzkonform betreiben will, wird ein deutsches Rechenzentrum nutzen müssen – zumindest dann, wenn personenbezogene Daten in der Cloud zu erfassen und zu speichern sind. Es gilt also, die Anforderungen an Legacy- und Cloud-Rechenzentren unter einen Hut zu bringen.

„Cloud on top“ nenne die Spezialisten des Nürnberger IT-Dienstleisters Noris Network ihr Konzept dazu, das sie zum Patent angemeldet haben. Der namensgebende Clou: Über den anspruchsvoll klimatisierten Legacy-IT-Flächen betreiben sie im Deckengeschoss der hauseigenen Rechenzentren IT-Ressourcen für Cloud-Anwendungen, und zwar gekühlt von der Abluft der Legacy-Infrastruktur.

Kyoto Cooling

Möglich macht dies eine Eigenart der Rechenzentren: Die neuen RZs in Nürnberg und München sind über das sogenannte Kyoto Cooling skalierbar klimatisiert. Die Basis dafür bilden „Combined Energy and Cooling Cells“ (CECC). Die immer baugleichen Zellen an den Längsseiten der Rechenzentren erbringen Energie und Kühlung für je 1.000 kW IT-Last und beherbergen zugleich entsprechend dimensionierte USV-Anlagen und Notstromdieselgeneratoren.

Schematische Darstellung eines Rechenzentrums mit Kyoto Cooling. Auf dem Dach befindet sich die Klimazelle mit senkrecht stehendem Kyoto-Rad, darunter der für Cloud on top genutzte Deckenbereich des Rechenzentrums (Warmluft in rot).

Im Inneren jeder CECC sind Wärmetauscher des niederländischen Herstellers Kyoto-Cooling eingebaut. Wichtig für das Cloud-on-top-Konzept: Kyoto-Cooling löst sich von dem in vielen herkömmlichen Rechenzentren üblichen Prinzip der Kaltluftzuführung über einen doppelten Boden. Stattdessen strömt die gekühlte Luft direkt auf die IT-Fläche und die Warmluft wird über eine doppelte Decke abgeführt. Die IT-Flächen haben eine lichte Höhe von drei Metern. Der Abluftbereich in der Decke ist im Mittel nochmals drei Meter hoch. Wozu dieser großzügige Aufbau? Die physikalische Wärmetransportleistung errechnet sich aus den Faktoren Temperaturspreizung und Volumenstrom. Wird mehr Luft herangeführt, kann die Temperaturspreizung, also der Temperaturunterschied zwischen Lüftungseinlass und Lüftungsauslass des IT-Equipments, geringer ausfallen. Jede der verwendeten Kühlzellen bewegt pro Stunde 252 000 m³ Luft.

Dank des großzügigen freien Strömungsquerschnitts auf der IT-Fläche und in der Decke strömt dieses große Luftvolumen fast ungehindert. Da sich die sanft bewegte, kühle Luft auf der IT-Fläche wie Wasser in einem Swimmingpool vermischt, kann jede Klimazelle jede andere ersetzen oder ergänzen.

Rotationswärmetauscher

Für die Abluftkühlung gelangt die über den Deckenbereich abgeführte warme Abluft durch die untere Hälfte eines Rotationswärmetauschers (Kyoto-Rad). Das Kyoto-Rad ist ein radförmiger Wärmetauscher mit sechs Metern Durchmesser aus drei Tonnen Aluminium, der mit gemächlichen ein bis sechs Umdrehungen pro Minute rotiert. Im unteren Bereich jeder CECC ziehen drei Ventilatoren die warme Abluft aus dem Deckenbereich über den Servern ab und drücken sie durch das Kyoto-Rad. Abgekühlt und gefiltert gelangt diese Luft wieder ins Rechenzentrum. In der Etage darüber wird Außenluft angesaugt und durch den Wärmetauscher gedrückt, um ihm die im unteren Raum aufgenommene Wärmeenergie zu entziehen. Das System erlaubt über 90 Prozent des Jahres eine komplett freie Kühlung ohne den Einsatz von Kompressoren und ohne, dass Außenluft ins Rechenzentrum dringt.

Cloud-Hardware in der Abluft

Die Idee hinter dem On-top-Konzept: Warum nicht die Abluft der Legacy-IT-Flächen ein zweites Mal nutzen? Die begehbaren Deckenbereiche in den Noris-Network-Rechenzentren sind für das Kyoto Cooling ähnlich geräumig wie die eigentlichen IT-Flächen. Platz genug also für Cloud-Hardware.

So begannen im Rechenzentrum Nürnberg erste Tests. Die IT-Spezialisten installierten im Deckenbereich robuste Cloud-Server, die auch dauerhaft bei 40°C arbeiten. Auf den IT-Flächen im Erdgeschoss ist die Kühlung für High-Density-Racks und anspruchsvolle Kunden-Appliances auf eine stabile Temperatur von 22°C (±2 K) ausgerichtet. Die Abluft der Legacy-IT-Flächen ist kühl genug, um im Deckenbereich die robuste, von der Klimatisierung deutlich anspruchsärmere Cloud-Hardware zu kühlen.

Die Kyoto-Räder rotieren mit geringer Drehgeschwindigkeit.

Für Tests wurde das Rechenzentrum in Nürnberg nachgerüstet und mit dem neuen Konzept bereits die Cloud-Hardware für SaaS-Anwendungen mehrerer großen Kunden erfolgreich betrieben. Das Deckengeschoss des im Bau befindlichen neuen Rechenzentrums in Aschheim bei München (Eröffnung Anfang 2017) ist nun bereits komplett auf Cloud on top ausgerichtet.

Open Stack und Continuous Deployment

Noris Network betreibt sein Cloud on top aktuell mit der Open-Source-Software-Plattform Open Stack. Darauf entsteht eine vollständig virtualisierte elastische Cloud, die ausfallsicher und über zwei Brandabschnitte verteilt ist und die der Kunde als Availability Zones wahrnimmt. Die Cloud-Ressourcen sind komplett als Software-Defined Storage, Software-Defined Networking und Software-Defined Infrastructure konzipiert. Ergebnis: Vom Kunden gewünschte Veränderungen an Cloud-Ressourcen im Rechenzentrum werden nicht mehr über Requests angestoßen, sondern der Kunde steuert die Änderungen selbst über ein API.

Ein weiterer integrierter Service: Ein hauseigenes eigenes Team von Dev-Ops-Spezialisten entwickelt auf Wunsch gemeinsam mit dem Kunden eine Continuous Deployment Pipeline und überträgt so agile Entwicklungsmethoden auf den IT-Betrieb. Auf Knopfdruck und durchgängig automatisiert lassen sich so via „Infrastructure as Code“ Ressourcen verändern, Patches und neue Releases einspielen.

Fazit: Effektive Cloud

Mit Cloud on top zielt Noris Network auf SaaS- und E-Commerce-Anbieter, die agil entwickelte Anwendungen auf einer hochskalierbaren Infrastruktur anbieten wollen – und dies in einer datenschutzkonformen Cloud made in Germany. Die mit Kyoto Cooling betriebenen Rechenzentren haben bereits eine besonders gute Energieeffizienz (PUE = 1,2). Mit der Doppelnutzung der umgewälzten Luft sollen die Rechenzentren des Nürnberger Betreibers jetzt noch „grüner“ werden. Die Entwicklung geht weiter: Derzeit prüft Noris Network, ob man beim weiteren Ausbau von Cloud on top dem Open Compute Project folgt. Die von Konzernen wie Facebook und Google geförderte Standardisierung von Hardware für Cloud-Infrastruktur könnte auch für hiesige Anbieter interessant sein. So verfügen OCP-Server nicht mehr über eigene Netzteile, sondern erhalten über das Rack eine 48-V-Stromversorgung.

Stefan Keller ist Director Marketing and Sales, Noris Network ().