Blade-Server im Vergleich zu Rack-Systemen:
Data-Center-Praxis Blade-Server - Hohe Leistung auf kleinstem Raum

von Bernd Reder (bernd.reder@networkcomputing.de), David Detweiler

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12.01.2009

Im Vergleich zu Rack- oder Stand-alone-Systemen bieten Blade-Server eine ganze Reihe von Vorteilen. Dazu gehören eine bessere Stromversorgung, effizientere Kühlung, flexible und schnelle I/O-Subsysteme sowie integrierte Managementmöglichkeiten. Hier eine Zusammenfassung der wichtigsten Punkte, auf die Interessenten bei der Anschaffung von Blade-Servern achten sollten.

Seit mehr als sechs Jahren sind Blade-Server auf dem Markt. Während zu Beginn jeder Hersteller seine eigene Variante anbot, haben sich in der Zwischenzeit Standards für die zentralen Bauteile durchgesetzt. Gerade diese Standardisierung hat dazu beigetragen, dass Blades einen durchaus beachtlichen Marktanteil erobert haben.


Im Gegensatz zu älteren Server-Blades, die meist nur einen Anschluss zur Unterstützung von hohen Datenraten haben, sollte bei modernen Blade-Gehäusen jeder Erweiterungsanschluss auf den Blades für hohe Übertragungsgeschwindigkeiten konzipiert sein, etwa Fibre-Channel mit 8 GBit/s oder (10-)Gigabit-Ethernet.

Nach Angaben der Marktforschungs- und Beratungsfirma Gartner [1] waren 2007 rund zehn Prozent aller ausgelieferten Serversysteme Blades. Im Jahr 2012 sollen es bereits zwischen 20 Prozent (Gartner) beziehungsweise 25 (IDC [2]) Prozent sein. Der technologische Fortschritt in diesem Segment des Servermarkts trägt seinen Teil dazu bei.

Die Stärken von Blade-Servern liegen in folgenden Punkten:

· der kompakten Bauweise,

· der hohen Leistungsdichte,

· der besseren Skalierbarkeit,

· der einfacheren Verkabelung und

· der schnellen und einfachen Wartung.

· Außerdem wird nur ein einziger KVM-Switch benötigt.

Vorteile von Blade-Servern im Vergleich zu Rack-Systemen

Die Gehäuse bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber konventionellen, in einem Rack montierten Servern und vereinfachen damit den Betrieb von Rechenzentren. Die wichtigsten Aspekte auf einen Blick:

Erhöhte Dichte: Während ein Rack-Server mit 40 Höheneinheiten (HE) für gewöhnlich nur 40 normale 1-HE-Rack-Einheiten aufnehmen kann, ist es bei aktuellen Blade-Gehäusen beispielsweise möglich, denselben 40-HE-Rack-Server mit bis zu 64 Blade-Einheiten zu bestücken. Administratoren sind damit in der Lage, den verfügbaren Platz noch effizienter zu nutzen.

Schnelle Bereitstellung: Das Installieren eines Blade-Gehäuses in ein Rack ist in etwa so zeitaufwändig wie die Installation eines herkömmlichen Rack-Servers. Ist das Gehäuse (Enclosure) montiert, dauert es nur Sekunden, um ein Blade zu installieren. Bei normalen Rack-Servern muss dagegen der gesamte Montagevorgang wiederholt werden.

Reduzierter Strom- und Kühlungsaufwand: Der Aufwand für die Kühlung in einem Rechenzentrum lässt sich mithilfe von Blade-Servern drastisch senken. Ein Beispiel: Ein Blade-Server-System wie das Poweredge M1000e von Dell [3] ist um bis zu 24 Prozent sparsamer als ein konventioneller 1-HE-Server.

Einfachere Verkabelung: Ein Gehäuse, das Platz für 16 Blades bietet, kann die Kabelmenge im Vergleich zu normalen 1-HE-Servern um bis zu 93 Prozent reduzieren. Dadurch lässt sich die Zahl der potenziellen Kabelbruchstellen deutlich verringern. Auch das Management wird vereinfacht. Zudem sinken die Installationskosten.

Niedrigerer Management-Aufwand: Es genügt eine redundante Management-Karte, um bis zu 16 Blade-Systeme zu verwalten. Bei einem Rack-Server wird dagegen für jeden Rechner eine separate Verwaltungskarte benötigt.

Effiziente Energienutzung: Schon immer war eines der Kennzeichen von Blade-Servern eine bessere Nutzung der Energie. Bei den Blade-Systemen der neuesten Generation sinkt der Stromverbrauch weiter. Denn in ihnen werden Komponenten verbaut, die weniger Energie benötigen, etwa »Xeon«-Prozessoren von Intel, die in einem 45-Nanometer-Prozess gefertigt werden oder Strom sparende »Opteron«-CPUs von AMD. So verbraucht ein Blade-System der Reihe Dell Poweredge-M im Vergleich zum Poweredge 1955 bis zu 18 Prozent weniger Strom pro Blade, und das bei einer vergleichbaren Blade-Konfiguration.

Darüber hinaus hat eine Studie von Principled Technologies bei einer Gegenüberstellung der Poweredge-M-Series-Blade-Server mit dem HP-Bladesystem-c-Class und dem IBM-Bladecenter-H (8852) ergeben, dass die Dell-Systeme einen bis zu 19 Prozent geringeren Stromverbrauch aufweisen und eine um zwei Prozent höhere Leistung pro Blade als das HP-System. Dies führt im Durchschnitt zu einer bis zu 25 Prozent höheren Leistung pro Watt bei jeweils vollständig bestückten Blade-Gehäusen.

Im Vergleich zum IBM-System kommt die Poweredge-M-Series auf einen bis zu zwölf Prozent geringeren Stromverbrauch und eine um 13 Prozent höhere Leistung pro Blade. Das schlägt sich in einer höheren Leistung von durchschnittlich bis zu 28 Prozent pro Watt bei jeweils vollständig bestückten Blade-Gehäusen nieder.

Netzteile und Lüfter

Faktoren, welche die Energieeffizienz von Servern maßgeblich mitbestimmen, aber häufig unterschätzt werden, sind die Stromversorgungen und Lüfter. Normale Netzanschlüsse erreichen ihre höchste Effizienz normalerweise erst bei voller Auslastung.

Da sie aber nicht ständig unter Höchstlast laufen, bedeutet dies, dass Unternehmen aus der Effizienz ihrer Server meist keinen Nutzen ziehen können. Netzteile in Blade-Gehäusen sind dagegen so konzipiert, dass sie eine Energieeffizienz von bis zu 91 Prozent aufweisen, und sie erreichen dieses Effizienzniveau bereits bei einer normalen Auslastung.

Hilfreich sind in dem Zusammenhang Tools, die es einem Administrator ermöglichen, Netzteile mit schwachem Energiedurchsatz in den Standby-Modus zu versetzen und somit die Ausnutzung der anderen Netzteile sowie die Gesamteffizienz des Systems zu erhöhen. Dies spart bis zu 150 Watt pro Gehäuse.


Im modularen Blade-Gehäuse Poweredge-M1000e haben insgesamt 16 Poweredge M600 und M605 Platz.

Basierend auf dem Lüftungsdesign von Hochleistungsflugzeugen hat Dell seine »Energy-Smart«-Lüftung für Blade-Gehäuse so gestaltet, dass jedes einzelne Blade nur so weit wie nötig gekühlt wird. Dadurch wird die Luft effizient ventiliert. Der Geräuschpegel bleibt dabei auf einem moderaten Niveau.

Lüfter passen Drehzahl an

Ein Algorithmus ermittelt die für jedes Blade erforderliche Konfiguration und stellt die Rotationsgeschwindigkeit jedes Lüfters entsprechend ein. Dadurch wird nur der Luftstrom erzeugt, der für die Kühlung jedes einzelnen Blades nötig ist.

Die durch Überkühlung erzeugten Nebeneffekte wie Luft- und Stromverschwendung treten somit nicht auf. Durch die spezielle Installation können diejenigen Lüfter ausgeschaltet werden, die zu einem bestimmen Zeitpunkt nicht zur Kühlung gebraucht werden, beispielsweise wenn einzelne Gehäuse-Steckplätze leer bleiben.

Energieüberwachung und -verwaltung

Administratoren können den Chassis-Management-Controller (CMC) eines Blade-Gehäuses dazu verwenden, um den Stromverbrauch des gesamten Systems oder einzelner Blades zu überwachen und zu steuern. So ist es beispielsweise möglich, Obergrenzen für den Stromverbrauch des Gehäuses festzulegen und ihn den Anforderungen des Rechenzentrums anzupassen.

Es lassen sich aber auch einzelne Blades so einstellen, dass die am stärksten genutzten Systeme jederzeit mit der Energiemenge versorgt werden, die sie benötigen.

Der Systemverwalter erhält darüber hinaus eine Benachrichtigung, wenn der Stromverbrauch des Systems in die Nähe dieser Obergrenzen kommt und kann entsprechend reagieren. Zusätzlich lassen sich Blades »drosseln«, sollte sich deren Auslastung nahe an den Obergrenzen bewegen.

Die Software für die Energieverwaltung ermöglicht es außerdem, Informationen über hohen und niedrigen Stromverbrauch anzuzeigen. Dadurch können Administratoren den Energieverbrauch von Gehäuse oder Blade über einen bestimmten Zeitraum hinweg nachvollziehen.

Flexible I/O-Subsysteme

Unternehmen, die ein Blade-Gehäuse anschaffen, sollten darauf achten, dass nicht nur aktuelle Technologien unterstützt werden, sondern auch solche, die künftig eine Rolle spielen. Das gilt etwa für Übertragungstechniken wie 10-Gigabit-Ethernet, Fibre-Channel (FC) mit 4 GBit/s und Infiniband mit doppelter Datenrate (DDR). Blade-Gehäuse sollten auch für deren Nachfolger gerüstet sein, etwa FC mit 8 GBit/s und Infiniband mit vierfacher Datenrate (QDR).

Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang modulare Upgrade-Möglichkeiten für I/O-Switches. Diese Systeme sollten so ausgelegt sein, dass sie sich leicht an Veränderungen anpassen lassen. Es sind beispielsweise Modelle verfügbar, die in der Grundversion vier Gigabit-Ethernet-Anschlüsse und zwei optionale Anschlüsse für bis zu vier weitere Anschlüsse haben.

Administratoren können also zunächst alle Gigabit-Ethernet-Anschlüsse nutzen und später 10-Gigabit-Ethernet-Uplinks hinzufügen. Dieses Design wirkt sich langfristig günstig auf die Investitionen aus und erhöht zudem die Skalierbarkeit. Für Unternehmen mit bereits existierenden, auf Racks basierten Switches hält das Poweredge-M1000e optionale Pass-Through-Module für Et

Anschlüsse für hohe Datenrate

Im Gegensatz zu älteren Server-Blades, die für gewöhnlich nur einen Anschluss zur Unterstützung von hohen Datenraten haben, sollte bei modernen Blade-Gehäusen jeder Erweiterungsanschluss auf den Blades für einen hohen Datendurchsatz konzipiert sein.

Ein Beispiel: Jedes Blade halber Höhe ist mit zwei Gigabit-Ethernet-Netzwerkkarten auf der Hauptplatine bestückt und hält zudem vier Erweiterungsanschlüsse bereit. Jeder Erweiterungsanschluss läuft mit 10-Gigabit-Ethernet, Fibre-Channel mit 4 oder 8 GBit/s oder DDR- beziehungsweise QDR-Infiniband. Jedes Blade erzielt somit einen bidirektionalen Durchsatz von bis zu 324 GBit/s.

Einfachere Bereitstellung und Verwaltung

Die meisten IT-Umgebungen nutzen eine Mischung unterschiedlicher Server-Formfaktoren. Zukunftsfähige Blade-Gehäuse sollten sich in bereits existierende heterogene Umgebungen einpassen und Funktionen für eine vereinfachte lokale sowie für die Remote-Verwaltung enthalten. Ein Chassis-Management-Controller (CMC) etwa ist ein wirksames Tool für die Systemverwaltung und bietet umfassenden Zugriff auf die Gehäusekomponenten.

Der CMC liefert Informationen zum Status des Server, Warnmeldungen sowie Daten für die Konfiguration der primären Boot-Einheit. Administratoren können den Controller außerdem dazu einsetzen, Sicherheitsparameter oder flexible Beschränkungen für interne Komponenten einzurichten. Im optimalen Fall enthält ein Blade-Gehäuse standardmäßig einen CMC und unterstützt optional einen zweiten für aktive/passive Redundanz. Damit ist sichergestellt, dass bei Ausfall des ersten CMC weiterhin der Zugriff auf das Gehäuse gewährleistet ist.

Integration in die Systemmanagement-Software

Nicht zuletzt sollten Administratoren die Management-Software zum Verwalten des Blade-Gehäuses und der Blades genauso einsetzen können, wie sie es auch bei anderen Servern gewohnt sind. Dazu gehört das Überwachen, Bereitstellen und die Konfiguration der Server-Blades unter Verwendung von Informationen, die von der Management-Software bereitgestellt werden.


Der Blade-Server Poweredge M600 ist mit Strom sparenden Intel-Xeon-Quad-Core-Prozessoren ausgestattet.

Zentrale Management-Controller stellen dem IT-Administrator redundante, sichere Zugriffspfade zur Verwaltung mehrerer Gehäuse und Blades über eine einzige Konsole bereit. Die dynamische Energieverwaltung bietet die Möglichkeit, maximale und minimale Grenzwerte für den Stromverbrauch zu definieren. Damit wird sichergestellt, dass sich die Blades innerhalb des gewünschten Leistungsaufnahmebereichs betreiben lassen.

Zusammenspiel mit Management-Software anderer Anbieter

Die Management-Software sollte sich in andere Verwaltungskonsolen integrieren lassen, etwa von Microsoft, Altiris und Novell. Dell beispielsweise liefert die Poweredge-Blade-Server auf Wunsch zusammen mit einer DVD aus, auf der die »Altiris Deployment Solution« und das Add-on für die Altiris-Bereitstellungslösung für Dell-Server vorhanden sind.

Diese Software vereinfacht und beschleunigt die Bereitstellung der Server und enthält eine »Rip-and-Replace«-Funktion. Diese ermöglicht es Administratoren, Ersatz-Blades mit der gleichen Konfiguration der Vorgänger-Systeme bereitzustellen, etwa dann, wenn ein Blade defekt ist.

Zum Autor:David Detweiler ist Head-of-Partner-Alliances bei der Dell GmbH [4].

[1] http://www.gartner.com/
[2] http://www.idc.de/
[3] http://www.dell.de/
[4] http://www.dell.de

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