Das virtuelle Rechenzentrum von Microsoft verankert „die Cloud“ in der Realität

Was ist die Cloud?

In der Cloud kommen Remote-Lernende und Mitarbeiter*innen für virtuelle Sitzungen und Besprechungen zusammen, Gamer*innen treffen sich, um Welten zu erstellen, Autorennen zu veranstalten oder Gegner*innen zu besiegen und Mitarbeiter*innen aus dem Gesundheitswesen betreuen COVID-19-Patienten sowie die zur ihrer Behandlung erforderlichen Ressourcen.

In der Cloud reagieren Unternehmen schnell und sicher auf Kundenanforderungen und Konzerne optimieren die Kommunikation unter Mitarbeiter*innen an unterschiedlichen Orten und verwalten die Lieferkettenlogistik für Produktportfolios.

Aber was sind die Grundbestandteile der Cloud?

„Es handelt sich dabei weder um schwammige Magie noch um einen einzelnen Supercomputer“, sagt der Sprecher in dem Einführungsvideo unserer neuen Microsite, die Sie auf einer virtuellen Tour durch ein Microsoft-Rechenzentrum führt. „Die Cloud ist ein global verbundenes Netzwerk von Millionen von Computern in Rechenzentren auf der ganzen Welt, die zusammenarbeiten, um Daten zu speichern und zu verwalten, Anwendungen auszuführen und Inhalte und Dienste bereitzustellen.“

Die virtuelle Rechenzentrumserfahrung, die das Microsoft heute veröffentlichte, ist eine immersive digitale Tour durch ein typisches Rechenzentrum. Besucher*innen können auf einem PC, einem mobilen Gerät oder auf einem Virtual-Reality-Gerät an der Tour teilnehmen.

„Sie macht die Cloud für Menschen real und weniger High-Tech und hochtrabend“, sagt Noelle Walsh, Corporate Vice President bei Microsoft, die das Team für den Aufbau und den Betrieb der Cloudinfrastruktur des Unternehmens leitet.

Sie sagt außerdem, dass Rechenzentren wie Häuser sind – also Gebäude mit elektrischer und mechanischer Ausstattung. Zugegeben, für die Microsoft Cloud gilt ein etwas anderer Maßstab als bei Häusern und sie arbeitet mit einem viel höheren Grad an Zuverlässigkeit.

Das Unternehmen betreibt derzeit mehr als 200 Rechenzentren und diese Zahl nimmt stetig zu. Bis heute umfasst der Fußabdruck betriebener und geplanter Rechenzentren 34 Länder auf der ganzen Welt, die alle über mehr als 265.000 Kilometer Unterwasser- und Landkabel sowie über optische Glasfaserkabel miteinander verbunden sind.

Außerdem wird Microsoft dieses Jahr in mindestens 10 weiteren Ländern Rechenzentren aufbauen, und in der absehbaren Zukunft wird das Unternehmen jedes Jahr zwischen 50 und 100 neue Rechenzentren errichten.

Besucher*innen, die an der virtuellen Rechenzentrumserfahrung teilnehmen, erfahren mehr über die Infrastruktur, die erforderlich ist, um Rechenzentren aufzubauen, die erneuerbare Energie, durch die sie angetrieben wird, und die Hardware und Software zum Schützen der Daten. Der finale Stopp der Tour bietet einen Ausblick in die Zukunft, zum Beispiel Server, die in Tanks mit kochender Flüssigkeit gekühlt werden, und modulare Rechenzentren, die auf dem Meeresboden in U-Boot-ähnlichen Rohren bereitgestellt werden.

„Rechenzentren sehen in Filmen und in der Werbung viel cooler aus“, so Brian Janous, Geschäftsführer des Microsoft-Teams für die Energiestrategie in Rechenzentren. „Es gibt nicht viel Schnickschnack. Aber das beweist natürlich, dass sie für Effizienz optimiert sind. Es gibt vieles, was nicht direkt sichtbar ist.“

Physische Sicherheit und Cybersicherheit

Die meisten Microsoft-Rechenzentren sind so groß wie Lagerhallen; fensterlose Klötze aus Beton, Stahl, Kupfer und Glasfaser, umgeben von einem Zaun. „Wenn Sie an einem Rechenzentrum vorbeifahren, würden Sie wahrscheinlich nicht einmal bemerken, dass es sich um ein Rechenzentrum handelt“, sagt Walsh und betont, dass das unscheinbare Aussehen beabsichtigt ist. „Wir geben unsere Standorte im Allgemeinen nicht öffentlich bekannt.“

Die virtuelle Rechenzentrumserfahrung ist eine seltene Einladung für den Fahrer, in die Bremsen zu steigen, anzuhalten und sich umzusehen.

Der Hochsicherheits-Begrenzungszaun ist eine der viele Ebenen physischer Sicherheit, um den Zugang zum Rechenzentrum zu kontrollieren, hebt Mark Russinovich, technischer Mitarbeiter bei Microsoft und Chief Technology Officer für Azure, hervor. Es gibt auch Sicherheitskameras und eine Wache. Beim Eintreten gibt es weitere physische Sicherheitsmaßnahmen, z. B. eine Eincheck-Station, bei der Besucher ihren Ausweis vorzeigen, und eine Tür in eine Richtung, durch die verhindert wird, dass unautorisiert etwas mit in das Rechenzentrum genommen oder daraus entfernt wird.

„Sie können die Back-End-Überwachung all dieser Systeme nicht sehen“, sagt Russinovich. „Es gibt eine automatische Überwachung, die auf Anomalien beim Zutritt achtet, und eine automatische Überwachung der Videofeeds.“

Von außen können Besucher*innen auch verschiedene elektrische Geräte sehen, die zum Betreiben des Rechenzentrums erforderlich sind. Dazu gehören mindestens zwei Stromleitungen für Redundanz, die vom Stromnetz kommen, falls eine Leitung ausfällt, sowie Backup-Generatoren vor Ort, um die Server im Falle eines Stromausfalls oder bei anderen Störungen zu betreiben. Heute werden die meisten Backup-Generatoren von Microsoft mit Dieselmotoren betrieben; langfristig plant das Unternehmen, auf kohlenstoffarme Brennstoffe, Akkus oder Wasserstoffbrennstoffzellen umzusteigen.

Microsoft hat sich verpflichtet, all seine Rechenzentren und alle Abläufe bis zum Jahr 2025 zu 100 % aus erneuerbaren Energiequellen zu betreiben. Die virtuelle Rechenzentrumserfahrung zeigt Windturbinen und Solarkollektoren als Beispiele für die Art der erneuerbaren Energie, die das Unternehmen einkauft, um dieses Ziel zu erreichen, obwohl Windturbinen und Solaranlagen selten in unmittelbarer Nähe oder auf den Rechenzentren des Unternehmens zu finden sind.

„Eine Sache, die wir häufig gefragt werden, ist ‚Warum bringen Sie keine Solarkollektoren an Ihren Rechenzentren an?’“, so Janous. Die Antwort lautet: „Weil es letztlich nur Augenwischerei für ein reales Problem wäre, das wir zu lösen versuchen – und zwar die Entkarbonisierung des Stromnetzes. Ganz ehrlich, Solarkollektoren auf unseren Rechenzentren wären nur ein Tropfen auf den heißen Stein.“

Der Fußabdruck der einzelnen Rechenzentren entspricht grob dem eines großen Kaufhauses. Diese Art von Unternehmen könnte ausreichend Strom mit Solarkollektoren auf dem Dach erzeugen, um den Strombedarf in Spitzenzeiten zu decken, „fast jeder Quadratzentimeter des Rechenzentrums wird genutzt, um Elektrizität durch Server zu leiten, sodass die Elektrizität in Daten umgewandelt werden kann. Nur 1 bis 2 % des in diesem Rechenzentrum verbrauchten Stroms könnten mit einem Solarsystem auf dem Dach gedeckt werden“, erklärt Janous.

Anstelle von Solarkollektoren auf dem Dach geht Microsoft Finanzabkommen mit Stromversorgungsunternehmen ein, um Wind- und Solarfarmen über Tausende Hektar Land aufzubauen. Wenn möglich, möchte das Unternehmen auch Rechenzentren in der Nähe von hydroelektrischen Dämmen errichten, die einen beständigen ökologischen und zuverlässigen Grundlaststrom für Rechenzentren bereitstellen.

Gekühlt, sicher und zuverlässig

All die Server im Rechenzentrum, die Energie in Daten umwandeln, erzeugen bei ihrem Betrieb Wärme. Deshalb ist ein technisches Kühlungssystem erforderlich, um einen Ausfall der Server zu verhindern. Microsoft-Rechenzentren in gemäßigten Klimazonen, z. B. im Pazifischen Nordwesten in den USA und in Nordeuropa verwenden (außer an den wärmsten Tagen des Jahres) Außenluft für die Kühlung. Das Gleiche gilt für heißere und feuchtere Gebiete auf der Welt, so Janous.

An den 15 % der Tage, an denen die Temperatur und die Feuchtigkeit den Schwellenwert für die Luftkühlung überschreiten, verwenden die mechanischen Kühlungssysteme von Microsoft Wasser, um die Luft über den Prozess der Verdunstung zu kühlen. Microsoft bewegt sich als Unternehmen in Richtung von Kühltechnologien ohne Wasser, z. B. Flüssigkeitskühlung, und strebt bis Ende dieses Jahrzehnts an, mehr Wasser wieder bereitzustellen als es verbraucht.

Im Rechenzentrum selbst sind die Serverracks in der Regel in so genannten Kaltgängen und Warmgängen aufgestellt. Luft mit Raumtemperatur wird in den Kaltgang geblasen. Dieser ist so breit, dass die Techniker Zugang zu einzelnen Servern für die Wartung haben. Während die Server laufen, saugen Ventilatoren die Luft aus dem Kaltgang an und pusten sie über die Server. Heiße Luft tritt auf der Rückseite der Server in den Warmgang aus und wird aus dem Rechenzentrum geblasen, wo sie die mechanischen Kühlsysteme durchläuft.

Die gesamte elektrische und mechanische Infrastruktur in den Microsoft-Rechenzentren hält die über 4 Millionen Server des Unternehmens in den Rechenzentren weltweit mit einer Zuverlässigkeit von 99,999 % am Laufen, betont Walsh.

Sie sagt: „der Server ist der wertvolle Teil“.

Laut Russinovich ist es genauso wichtig, die Sicherheit und den Schutz der Daten zu gewährleisten, die im Rechenzentrum gespeichert und verarbeitet werden. Microsoft gibt jedes Jahr über 1 Milliarde US-Dollar für Sicherheit im Rechenzentrum für Hardware, Software, Protokolle und Personal aus, fährt er fort.

„Es werden bewährte Methoden eingesetzt, vom physischen Zugang zu dem Rechenzentrum über die Verarbeitung von Medien bis hin zu der Art und Weise, wie Daten auf den Geräten gespeichert werden, denn Software verschlüsselt die Daten, bevor sie auf den Geräten landen“, so Russinovich.

Wenn Server aktualisiert werden, werden Daten von den alten Laufwerken gelöscht und die Laufwerke werden manchmal in Stücke zerlegt, um sicherzustellen, dass die Daten zerstört werden.

„Wir verschlüsseln die Daten auch so, dass nicht auf sie zugegriffen werden kann, falls einmal ein Datenleck entstehen sollte“, fügte Russinovich hinzu.

Innovation im Rechenzentrum

Um Nachhaltigkeitsziele für Kohle und Wasser zu erreichen und gleichzeitig der Nachfrage nach schnelleren, leistungsstärkeren Servern in Rechenzentren gerecht zu werden, beschäftigen sich Forschungs- und Technikteams bei Microsoft mit dem Rechenzentrum der Zukunft. Das Tempo der Veränderung in den nächsten fünf Jahren wird aller Wahrscheinlichkeit nach schneller als die Veränderungen der vergangenen 20 Jahre sein, so Russinovich.

Effizientere Netzwerke mit hoher Bandbreite werden beispielsweise KI-Anwendungen im großen Stil sowie die Übertragung von enormen Datenmengen ermöglichen, sagte er.

Diese schnellen und effizienten Rechenzentren werden durch Innovationen wie die Konzepte der Flüssigkeitskühlung und von Rechenzentren unter Wasser ermöglicht, die am finalen Stopp der virtuellen Rechenzentrumserfahrung vorgestellt werden. Dank dieser Technologien können Server enger gestellt werden. Sie öffnen die Tür für neue Software- und Hardwarearchitekturen, die für niedrige Latenz und leistungsstarke KI-Anwendungen optimiert sind, so Walsh.

Diese dicht gestellten Server könnten auch zu einer neuen Gattung von Rechenzentren führen, die für Edge-Anwendungen bereitgestellt werden. Nichtsdestotrotz werden die Hyperscale-Rechenzentren von Microsoft, die das Unternehmen heute errichtet und für die absehbare Zukunft plant, weiterhin ein großer Teil der Mischung sein, so Russinovich.

„Die Hyperscale-Regionen werden mit hoher Wahrscheinlichkeit groß bleiben, einfach weil die Cloud-Nachfrage weiterhin wachsen wird“, sagt er.