Stromverteilereinheit (Power Distribution Unit, PDU)

Was ist eine Stromverteilereinheit (Power Distribution Unit, PDU)?

Eine Stromverteilereinheit (Power Distribution Unit, PDU) ist ein Gerät zur Steuerung der Stromversorgung in Rechenzentren. Die einfachsten PDUs sind große Steckdosenleisten ohne Überspannungsschutz. Sie sind für die Bereitstellung von Standardsteckdosen für Rechenzentrumsgeräte konzipiert und verfügen über keine Überwachungs- oder Fernzugriffsfunktionen. Fortgeschrittenere PDUs bieten Echtzeitüberwachung und Fernzugriffsfunktionen.

Stromverteilereinheiten sind dafür ausgelegt, Wechselstrom (AC) von einer Stromquelle an mehrere Geräte im Rechenzentrum weiterzuleiten. PDUs können tragbar sein, auf dem Boden des Rechenzentrums montiert oder direkt in einem Rack des Rechenzentrums installiert werden. Die Geräte im Rechenzentrum werden an die Steckdosen der PDU angeschlossen, um mit Strom versorgt zu werden.

PDUs werden in Umgebungen eingesetzt, in denen herkömmliche Steckdosenleisten und Überspannungsschutzgeräte die Stromanforderungen nicht sicher und/oder zuverlässig erfüllen können. Unternehmen mit komplexen Rechenzentren können intelligente PDUs einsetzen, um die Stromversorgung bestimmter Steckdosen an der PDU aus der Ferne zu verwalten und die Verfügbarkeit zu verbessern, indem sie Stromprobleme erkennen und beheben, bevor sie zu Geräteausfällen führen.

Laut einem Bericht von Allied Market Research aus dem Jahr 2025 wird der Markt für PDUs bis 2030 voraussichtlich ein Volumen von 7,9 Milliarden US-Dollar erreichen. Branchenexperten führen das anhaltende Wachstum dieses Marktes häufig auf die zunehmende Abhängigkeit von Cloud Computing und den raschen Ausbau von Rechenzentren zurück, um den Anforderungen der digitalen Transformation gerecht zu werden.

Aufgabe von Stromverteilereinheiten

PDUs erfüllen im Wesentlichen die gleiche Aufgabe wie Steckdosenleisten: Sie versorgen mehrere Geräte gleichzeitig mit Strom. In Rechenzentren und anderen industriellen Umgebungen können nicht alle Geräte an eine einzige Stromversorgung angeschlossen werden – dafür gibt es einfach zu viele. Stattdessen verteilen PDUs den Strom auf mehrere Geräte, darunter Server, Router, Switches und Telekommunikationsgeräte. Eine PDU kann je nach Formfaktor und Anwendungsfall bis zu 48 Geräte gleichzeitig mit Strom versorgen.

In den meisten Rechenzentrumsumgebungen wird eine einzelne PDU in jedem Rack installiert, um die Stromversorgung aller in diesem Rack untergebrachten Geräte zu gewährleisten. Diese Konfiguration vereinfacht das Energiemanagement und hilft Administratoren, die Stromversorgung auf Rack-Basis zu organisieren.

Es ist jedoch zu beachten, dass Racks, die geschäftskritische Rechenzentrumskomponenten enthalten, häufig mit mehr als einer PDU ausgestattet sind, die jeweils an eine separate Stromquelle angeschlossen sind. Dies ermöglicht eine Failover-Funktion und den Weiterbetrieb, wenn eine Stromquelle oder PDU ausfällt.

Racks, die Blade-Server oder grafikprozessorintensive Systeme (GPU) enthalten, benötigen möglicherweise ebenfalls mehrere PDUs, um ausreichend Strom sicher zu liefern. Blade-Server und GPU-Workloads verbrauchen pro Rack-Einheit mehr Strom als Standardserver, was zu Lastungleichgewichten oder sogar Überlastungen führen kann, wenn nur eine PDU verwendet wird.

Wie funktionieren PDUs?

Alle PDUs erfüllen zwar die Grundfunktion der Stromversorgung mehrerer Geräte, unterscheiden sich jedoch erheblich in Bezug auf ihre Überwachungs- und Steuerungsfunktionen.

Einfache PDUs: Diese Geräte funktionieren wie eine Hochleistungssteckdosenleiste. Sie verteilen den Strom von einer einzigen Eingangsquelle auf mehrere Ausgangssteckdosen ohne Überwachung oder Fernsteuerung. Einfache PDUs werden häufig in kleinen Unternehmen eingesetzt, die Wert auf Einfachheit und Kosteneffizienz legen.

PDUs mit Messfunktion (Metered PDUs): Diese funktionieren wie einfache PDUs, verfügen jedoch über eine lokale, digitale Anzeige, die Echtzeitdaten zum Stromverbrauch anzeigt. PDUs mit Messfunktion sind hilfreich für die Lastverteilung und zur Vermeidung von Überlastungsproblemen, insbesondere wenn die Messung auf Ausgangsseite erfolgt.

Überwachte PDUs (Monitored PDUs): Diese Geräte, die manchmal auch als intelligente PDUs bezeichnet werden, bieten Administratoren remote Echtzeiteinblick in den Stromverbrauch, ermöglichen jedoch keine Fernsteuerung einzelner Ausgänge.

Switched PDUs: Diese sind wie PDUs mit Messfunktion, können jedoch ferngesteuert werden. Zusätzlich zur Bereitstellung von Messdaten zum Stromverbrauch ermöglicht dieser PDU-Typ Administratoren das ferngesteuerte Ein- und Ausschalten einzelner Steckdosen. Dies ist besonders nützlich, um nicht reagierende Geräte aus der Ferne neu zu starten.

PDUs mit automatischer Umschaltung (Automatic Transfer Switch, ATS): ATS-Einheiten bieten Redundanz für Geräte mit einem einzigen Kabel. Dieser PDU-Typ verfügt über zwei Stromeingänge und kann bei Erkennung eines Ausfalls automatisch von der primären Stromquelle auf die sekundäre Quelle umschalten.

Dual-Circuit PDUs: Diese verfügen über zwei Netzkabel, die jeweils einen separaten Satz von Steckdosen versorgen. Dadurch können Geräte, die bereits über eine doppelte Stromversorgung verfügen, zur Redundanz an beide Stromkreise angeschlossen werden.

High-Density PDUs: Diese Einheiten sind für Rechenzentren konzipiert, in denen leistungsintensive Rechenaufgaben ausgeführt werden oder die über dichte Serverkonfigurationen verfügen. Dieser PDU-Typ kann sehr hohe Stromlasten bewältigen und bietet in der Regel verschiedene Steckdosenkonfigurationen für eine Vielzahl von Geräten.

Spezial-PDUs: Hierbei handelt es sich um hybride Industrie-PDUs, die häufig gleichzeitig Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) verteilen können. Gleichstrom wird in speziellen Umgebungen verwendet, beispielsweise in Telekommunikationseinrichtungen oder Hyperscale-Cloud-Rechenzentren mit Gleichstromarchitekturen.

Welche verschiedenen Formfaktoren gibt es für PDUs?

Stromverteilereinheiten sind in verschiedenen Formfaktoren erhältlich, um unterschiedlichen Umgebungen und Stromanforderungen gerecht zu werden. Jeder PDU-Typ erfüllt je nach den Anforderungen einer Organisation an das Energiemanagement, den Skalierbarkeitszielen und den betrieblichen Prioritäten eine bestimmte Aufgabe.

Rack-montierte PDUs: Diese werden in Rechenzentren verwendet, um Rack-montierte Rechenzentrumsgeräte mit Strom zu versorgen. Fortschrittliche intelligente Modelle können den Strom auf Ausgangsseite überwachen und steuern und bei der Lastverteilung helfen.

Stand-PDUs (Floor-standing PDUs): Diese dienen als Zwischenverteiler zwischen der vorgelagerten Stromversorgung aus einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) oder einem Generator und den Rack-montierten PDUs. Stand-PDUs werden auch als Remote Power Panels (RPP) bezeichnet.

Stromverteilerschränke (Power Distribution Cabinets): Diese Stand-PDUs umfassen Leistungsschalter und elektrische Überwachungs-Panels. Dieser PDU-Typ wird in der Regel in hochdichten Rechenzentren der Enterprise-Klasse eingesetzt, um große Strommengen sicher und effizient zu verwalten.

Tragbare PDUs: Tragbare Geräte werden nicht in Racks montiert und sind für die Stromverteilung bei geringer Belastung vorgesehen. Sie ähneln industrietauglichen Steckdosenleisten und werden in Umgebungen eingesetzt, in denen eine flexible, mobile Stromverteilung erforderlich ist.

Einfache PDUs im Vergleich zu intelligenten PDUs

Einfache PDUs sind im Wesentlichen Steckdosenleisten mit hoher Kapazität, die für den Einsatz in Industrie- oder IT-Umgebungen konzipiert sind. Sie verteilen Strom von einer einzigen Quelle auf mehrere Steckdosen und ermöglichen die Versorgung mehrerer Geräte von einem zentralen Punkt aus. Einfache PDUs werden in der Regel in Umgebungen eingesetzt, in denen Kosteneffizienz wichtig ist und die Anforderungen an die Stromverteilung unkompliziert sind.

Im Gegensatz dazu verfügen intelligente PDUs, die auch als smarte oder verwaltete PDUs bezeichnet werden, häufig über Funktionen zur Echtzeit-Stromüberwachung, mit denen IT-Administratoren Spannung, Strom und Stromverbrauch über eine webbasierte Schnittstelle oder Tools für Simple Network Management Protocol aus der Ferne überwachen können. Wenn die intelligente PDU das Remote-Power-Cycling unterstützt, können Administratoren auch einzelne Geräte, die an die PDU angeschlossen sind, neu starten, ohne physisch vor Ort sein zu müssen.

Einige hochwertige intelligente PDUs können Überwachungsdaten mit dem System für Data Center Infrastructure Management (DCIM) des Unternehmens teilen. Diese Funktion ist besonders wertvoll in Lights-out-Rechenzentren und verteilten Cloud-Rechenzentren-Umgebungen, in denen Verfügbarkeit, Energieeffizienz und Remote-Management-Funktionen wichtig sind.

Vorteile intelligenter PDUs

Im Gegensatz zu einfachen PDUs, die lediglich Strom verteilen, ermöglichen intelligente PDUs IT-Administratoren die Fernüberwachung des Stromverbrauchs auf Geräte- oder Steckdosenebene. Anhand der Überwachungsdaten lässt sich feststellen, welche Racks den meisten Strom verbrauchen und welche Racks nicht ausgelastet sind. Viele intelligente PDUs unterstützen auch die Fernsteuerung von Steckdosen, sodass Administratoren nicht verwendete Geräte ausschalten können. In einem großen Rechenzentrum kann dies sowohl Energieverschwendung als auch Betriebskosten reduzieren.

Intelligente PDUs spielen auch eine wichtige Rolle bei der Berechnung der Power Usage Effectiveness (PUE) eines Rechenzentrums. Die PUE ist eine Kennzahl, die angibt, wie effizient ein Rechenzentrum Strom nutzt. Sie wird, wie in der folgenden Gleichung angegeben, berechnet, indem die Gesamtleistung, die in das Rechenzentrum eintritt, durch die von den IT-Geräten verbrauchte Leistung geteilt wird:

PUE = Gesamtleistung der Anlage / Leistung der IT-Geräte

Der Einfluss von KI auf PDUs

Künstliche Intelligenz hat die Integration und Analyse der von intelligenten PDUs gesammelten Daten mit anderen Systemen vereinfacht und kostengünstiger gemacht. Beispielsweise können DCIM-Plattformen und Cloud-basierte Analyse-Tools PDU-Daten mit anderen Infrastrukturdaten kombinieren, um Folgendes zu erreichen:

• Analyse von Trends beim Stromverbrauch
• Optimierung der Workload-Platzierung für Energieeffizienz
• Vorhersage von Ausfällen oder Überlastungsrisiken
• Automatisierung der Reaktionen auf Stromabweichungen

Herausforderungen bei der Verwendung von PDUs

Stromverteilereinheiten bieten viele Vorteile, aber ihre Verwendung in Rechenzentren bringt auch Herausforderungen mit sich, die IT-Teams sorgfältig bewältigen müssen.

Eine der größten Herausforderungen besteht darin, den Workflow für die Stromplanung und -bereitstellung so einfach wie möglich zu halten. Mit zunehmender Arbeitslast in Rechenzentren und steigender Gerätedichte wird es für Administratoren schwieriger, den Strombedarf pro Rack vorherzusagen und den Strom effizient zu verteilen, ohne Stromkreise zu überlasten oder Kapazitäten zu verschwenden.

Das Kabelmanagement und die physische Installation stellen eine weitere Herausforderung dar. PDUs mit hoher Dichte, insbesondere Rack-montierte PDUs mit vielen Steckdosen, können zu Kabelgewirr führen. Wenn zu viele Kabel auf engem Raum verlegt werden, kann dies den Luftstrom behindern, der zur Kühlung von Servern und anderen Geräten im Rechenzentrum erforderlich ist.

Auch die Kosten spielen eine Rolle. Während einfache PDUs relativ kostengünstig sind, können intelligente PDUs, die sich in das DCIM-System des Unternehmens integrieren lassen, mehrere tausend Euro mehr kosten. Nicht alle PDUs verwenden dieselben Kommunikationsprotokolle oder Schnittstellen, sodass Unternehmen möglicherweise in Middleware investieren oder kundenspezifische PDUs erwerben müssen, um eine nahtlose Integration zu ermöglichen.

Schließlich ist es wichtig zu verstehen, dass die Sicherheit bei intelligenten PDUs ein immer wichtigeres Thema ist. Wie andere Netzwerkgeräte auch können intelligente PDUs anfällig für unbefugten Zugriff oder Cyberangriffe sein, wenn sie nicht ordnungsgemäß gesichert sind.

PDU-Hersteller

Starke Zugriffskontrollen und Netzwerksegmentierung können zum Schutz von PDUs beitragen, aber auch eine sorgfältige Auswahl des richtigen Anbieters und PDU-Typs ist wichtig. Zahlreiche Unternehmen stellen Stromverteilereinheiten her. Hier ist eine kurze Liste von Herstellern:

• APC by Schneider Electric
• Aten
• Belden
• CyberPower
• Delta Electronics
• Eaton
• Enconnex
• Raritan
• Rittal
• Schleifenbauer
• Server Technology
• Vertiv

Beim Kauf einer PDU ist es wichtig zu verstehen, dass die Kostenüberlegungen nicht auf den Kaufpreis der PDU beschränkt sein sollten. Installation, Wartungsanforderungen und Garantien sollten alle in die Gesamtbetriebskosten einfließen und sowohl die Auswahl des Anbieters als auch die Auswahl des Modells beeinflussen.

Auswahl der richtigen PDU

Vor der Anschaffung einer neuen Stromverteilereinheit muss ein Unternehmen entscheiden, welchen Typ von PDU es benötigt. Zu den technischen Spezifikationen, die zu berücksichtigen sind, und den Fragen, die Anbietern bei dieser Entscheidung gestellt werden sollten, gehören die folgenden:

• Wo wird die PDU installiert? Es ist wichtig zu bestimmen, ob die PDU in einem Rack montiert, auf dem Boden aufgestellt oder in einem Schrank untergebracht wird. Berücksichtigen Sie dabei Faktoren wie die vertikale oder horizontale Ausrichtung, den Platzbedarf der PDU und die Anforderungen an die Luftzirkulation.
• Welche Art von Eingangsleistung wird benötigt? Überlegen Sie, ob die PDU nur Wechselstrom oder auch Gleichstrom verarbeiten soll. Vergewissern Sie sich, dass die in Frage kommende PDU tatsächlich für die im Rechenzentrum verwendeten Spannungen ausgelegt ist.
• Wie viel Strom benötigen die Geräte? Berechnen Sie die Gesamtleistungsaufnahme der an die PDU angeschlossenen Geräte, um sicherzustellen, dass die maximale Nennlast des Geräts nicht überschritten wird. Dazu müssen Sie die Wattzahlen aller Geräte, die an die PDU angeschlossen werden sollen, addieren und die Summe mit der maximalen Nennlast der PDU vergleichen. Um eine sichere Betriebsreserve zu gewährleisten, sollte die Wattzahl 80 Prozent der Nennleistung der PDU im Dauerbetrieb nicht überschreiten.
• Wie viele Steckdosen werden benötigt? Wählen Sie eine PDU mit genügend Steckdosen für den aktuellen Bedarf und zusätzlicher Kapazität für zukünftige Anforderungen.
• Welche Stecker- und Steckdosentypen werden benötigt? Stellen Sie sicher, dass die PDU die Steckerkonfigurationen aller angeschlossenen Geräte unterstützt. Einige PDUs bieten gemischte Steckdosentypen für mehr Flexibilität.
• Welcher Redundanzgrad ist erforderlich? In unternehmenskritischen Umgebungen sollten Sie den Kauf zusätzlicher PDUs als Ausfallsicherung in Betracht ziehen.
• Sind erweiterte Funktionen erforderlich? Intelligente PDUs verfügen über unterschiedliche Funktionen und Preisklassen. Entscheiden Sie im Voraus, ob bestimmte Funktionen, wie beispielsweise die Integration in das DCIM des Unternehmens, erforderlich sind.

Installation einer PDU

Die einzelnen Schritte zur Installation einer Stromverteilereinheit variieren je nach Typ und Modell. Bei einer standardmäßigen Rackmount-PDU umfasst der allgemeine Installationsprozess in der Regel die folgenden Schritte:

1. Legen Sie fest, ob das Gerät vertikal (0U oder Zero U) oder horizontal (1U oder 2U) im Rack montiert werden soll. Richten Sie die entsprechenden Montagehalterungen aus und befestigen Sie sie sicher an der PDU. Die vertikalen PDUs werden in der Regel an der Rack-Rückseite montiert und nehmen daher keinen Platz im Rack weg.

2. Installieren Sie anschließend die horizontale PDU, indem Sie die Halterungen an den Rack-Schienen befestigen. Sobald die PDU montiert ist, schließen Sie ihr Netzkabel an die entsprechende Stromquelle an. Achten Sie darauf, das Netzkabel sorgfältig zu verlegen, damit der Luftstrom und die Wartungswege nicht beeinträchtigt werden. Verwenden Sie gegebenenfalls Kabelbinder oder -bänder, um eine Belastung der Anschlüsse zu vermeiden.

3. Nachdem die Stromverteilereinheit an die Stromversorgung angeschlossen ist, können Sie die Server und andere IT-Geräte an die Steckdosen der PDU anschließen.

4. Schalten Sie abschließend die PDU ein (sofern sie über einen Netzschalter verfügt) und überprüfen Sie, ob alle Steckdosen ordnungsgemäß funktionieren. Administratoren intelligenter PDUs können über die Benutzeroberfläche der PDU den Status der Steckdosen und den Stromverbrauch überprüfen.

Was ist der Unterschied von PDU und PSU?

Die Begriffe PDU und PSU (Power Supply Unit, Netzteil) werden häufig verwechselt. Beide Gerätetypen haben mit Strom zu tun, erfüllen jedoch sehr unterschiedliche Zwecke. Eine PDU verteilt die elektrische Energie an mehrere Geräte, während eine PSU eine Gerätekomponente ist, die die empfangene Energie in ein nutzbares Format umwandelt.

In den meisten Rechenzentren wird von den Energieversorgungsunternehmen standardmäßig Wechselstrom geliefert. Sobald der Wechselstrom jedes Gerät erreicht, muss er jedoch in Gleichstrom umgewandelt werden, da die internen Komponenten des Computers diesen für den Betrieb benötigen. Im Wesentlichen versorgt die PDU die Geräte mit Strom und die PSU macht diesen Strom in jedem einzelnen Gerät nutzbar.