Ob im Server oder einem Computer, der Prozessor wird während der Arbeit sehr heiß. Ein Kühler wird benötigt, um eine Überhitzung der CPU zu verhindern. Die Kühler moderner Prozessoren sind große Kühlerkörper und Lüfter, die als Prozessorkühlung dienen. Die Grafikkarte und andere Komponenten im Server oder Rechner werden ebenfalls heiß und müssen gekühlt werden. Daher gibt es andere Lüfter, wie z.B. für Netzteil, Grafikkarte und das Gehäuse selbst.
Ein moderner Prozessor verfügt über eine integrierte Wärmeschutzfunktion. Wenn die Prozessortemperatur zu hoch ist, schaltet die integrierte Schutzfunktion den Prozessor herunter oder aus. Der Hitzeschutz trägt dazu bei, Schäden am System zu vermeiden, dennoch ist es nicht verfügbar.
Symptome einer Überhitzung für Prozessoren
- Das System wird kurz nach dem Start automatisch heruntergefahren oder ausgeschaltet
- Die gemeldete CPU-Auslastung ist geringer als erwartet
- Die CPU-Drosselung wird angezeigt
- Das Gesamtsystem läuft langsam
- Die CPU- und Systemlüfter drehen sehr schnell und sind laut
Tipps zur Fehlerbehebung bestehender Systeme
Überprüfen Sie die Lüfterfunktion. Läuft der Prozessorlüfter noch? Überprüfen Sie, ob die Lüfter durch andere Komponenten oder Kabel blockiert wird, ob das Lüfterkabel locker ist oder ob die Lüfterstromversorgung fehlerhaft ist. Überprüfen Sie, ob sich auf dem Lüfter Staub befindet. Stellen Sie sicher, dass alle Lüfter und Kühlkörper staubfrei sind und ob die Einlass- und Auslassöffnungen des Gehäuses frei von Staub, Schmutz und Flusen sind. Überprüfen Sie, ob die Lüfterblätter durch grobkörnigen Baustaub abgenutzt und verschlissen sind. Weitere Informationen zu Überhitzungssymptome und Fehlerbehebung bei Prozessoren.
Prozessorkühlung für die optimale Betriebstemperatur
Die Kühlung eines Prozessors ist eine große Herausforderung. Früher wurden Prozessoren (CPUs) bestenfalls etwas warm, die Luft im Inneren des Gehäuses eines Gerätes konnte die Prozessoren vollständig kühlen. Ein Prozessor ist ein elektronischer Halbleiterbaustein, der mit Spannung und Strom betrieben wird. Jede elektronische Komponente oder jedes elektronische Gerät verbraucht elektrische Energie und erzeugt dabei Wärme.
Die elektrische Leistung ist das Produkt von Spannung und Strom. Wenn die Spannung oder der Strom zunimmt, steigt die Leistung um ein Vielfaches. Die Energie (Leistung) wird normalerweise in Wärme umgewandelt. Beispielsweise ist eine Glühbirne nach einigen Sekunden sehr heiß. Bei geringer Auslastung sollte die Temperatur des Prozessors im Bereich von 30 bis 50°C liegen.
Bei hoher Arbeitsbelastung, beispielsweise aufgrund von rechenintensiven Programmen, ist eine Temperatur von 95°C schnell erreicht. Die Hitze von Prozessoren ist so groß, dass Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die Hitze abzuleiten und den Prozessor zu kühlen. Dazu dient die Prozessorkühlung. Diese hohen Temperaturen verringern die Lebensdauer der CPU erheblich.
Die Serverplattform besteht aus einem Prozessor und einem Motherboard. Der Serverprozessor wurde für die höchsten Leistungsanforderungen optimiert und Mainboards können heutzutage bis zu 8 Prozessoren unterstützen.
Die Taktfrequenz eines Serverprozessors ist nicht höher als die eines normalen Computerprozessors, ist jedoch meist mit einer wesentlich größeren Anzahl von Prozessorkernen ausgestattet. Wichtiger ist jedoch die Vielzahl der Sonderfunktionen des Serverprozessors, die die Leistung der virtuellen Infrastruktur oder die Zuverlässigkeit des gesamten Systems erheblich verbessern.
Eine Grundfunktion eines Serverprozessors ist beispielsweise die Unterstützung des Server-Arbeitsspeichers mit Fehlerkorrektur (ECC) und zusätzliche Register (REG ECC). Ein Prozessor hat also viel zu tun, bei einem Server 24 Stunden täglich, sieben Tage in der Woche. Ist die Auslastung sehr hoch, wird die CPU sehr heiß und muss mittels Prozessorkühler heruntergekühlt werden.
Grundlagen der Kühlung von Prozessoren
Da die Taktfrequenz eines Prozessors stetig zunimmt, ist heutzutage auch keine passive Kühlung mit einem Kühlkörper ausreichend. Bei hohen Taktfrequenzen erzeugt der Prozessor viel Hitze, so dass dieser nur mit einem aktiven Kühler betrieben werden kann. Im Prozessor sammelt sich Wärme an, die Hitzeprobleme verursacht. Hitze ist ein Problem für die Elektronik.
Übermäßige Hitze im Prozessor beschädigt oder zerstört den Prozessor. Die Prozessorkühlung verhindert den möglichen Hitzedefekt, kühlt die CPU und sorgt für die notwendige Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Informationssicherheit und Datensicherheit.
Passive Kühlung wird verwendet, wenn die Oberfläche des zu kühlenden Objekts unter Verwendung eines Metallkühlers ohne Lüfter oder dergleichen vergrößert wird. Wenn zusätzlich ein elektrischer Lüfter verwendet wird, ist dies eine aktive Kühlung.
Handelsübliche Kühlkörper bestehen aus Aluminium mit Rippen, die die Wärmeableitungsfläche vergrößern. Ein aktiver Kühler ist ein Kühlerkörper mit einem Lüfter, der für einen Luftstrom sorgt und die Wärme abführt.
Moderne Prozessoren sind nicht nur für die schnelle Rechenleistung, sondern auch für die Verbesserung der Energieeffizienz entwickelt worden. Für bestimmte Anwendungen oder Umgebungen können mittlerweile einige Prozessoren wieder ohne aktive Kühlung auskommen.
Für die Kühlung des Prozessors oder des gesamten Computersystems muss die Hitze oder Wärme abgeführt werden. Dabei erzeugen Lüfter einen Luftstrom. Damit der Luftstrom ordnungsgemäß funktioniert, muss das Computergehäuse Öffnungen haben, durch die kalte Raumluft angesaugt und die heiße Luft abgeführt wird. Das Problem bei diesen Öffnungen ist, dass Staub und Schmutz in das Gehäuse gelangen, was auf lange Sicht auch die elektronischen Geräte beschädigt.
Gründe für Hitzeprobleme und optimale Wärmeableitung
In der Regel erfolgt die Wärmeableitung mit einem fest auf dem Prozessor sitzenden Kühlkörper und Luftströmung mittels Lüfter oder Wasser. Kühlkörper haben nur eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmeverteilung. Die Übertragung von Wärmeenergie (Wärme oder Kälte) erfolgt nur, wenn zwischen den Bauteilen oder Materialien ein Temperaturunterschied besteht. Je größer der Temperaturunterschied ist, desto stärker ist der Wärmeenergiefluss.
Damit die Wärmeenergie des Prozessors mittels eines relativ kleinen Bereiches des Chips oder des Kühlkörpers ordnungsgemäß abgeführt werden kann, muss das Material des Kühlkörpers ein guter Wärmeleiter sein. Der Kühler besteht normalerweise aus Aluminium oder Kupfer. Besser wäre Silber oder sogar Gold, das ist aber sehr teuer.
Der Kühlkörper sorgt dafür, dass die Abwärme des Prozessors im PC-Gehäuse an die Luft abgegeben wird. Damit es funktioniert, muss der Prozessorchip gemäß den Gesetzen der Thermodynamik heißer sein als das kühlere Metall. Und das muss heißer sein als Umgebungsluft. Dies bedeutet, dass ein regelmäßiger Luftaustausch innerhalb des Gehäuses durchgeführt werden muss, da sonst die Wärmeableitungskapazität vom Prozessor zur Umgebungsluft unzureichend ist.
Lüfter beschleunigen den Wärmeaustausch. Luft ist aber ein schlechter Wärmeleiter. Die Übertragung von Wärmeenergie von der glatten Metalloberfläche des Kühlers auf die Luftmoleküle ist sehr langsam. Daher sind viel Luft und große Metalloberflächen erforderlich. Obwohl Luft nur bedingt zur Kühlung des Prozessors geeignet ist, werden Lüfter zur Unterstützung der Prozessorkühlung verwendet. Dies funktioniert nur, wenn so viel Luft wie möglich ausgetauscht wird.
Ein einfacher Lüfter reicht zur Kühlung meist aus. Der Luftstrom oder Wasserstrom führt die Wärme ab. Ein Lüfter stellt sicher, dass zwischen und um die Kühler immer genügend kalte Luft strömt. Ein höherer Luftstrom führt auch mehr Wärme ab. Lüfter oder Ventilatoren drehen sich schneller, um einen höheren Luftstrom zu erzeugen, dies erzeugt jedoch auch ein höheres Lüftergeräusch, höheren Stromverbrauch und höhere Energiekosten.
Die besten Ergebnisse können erzielt werden, indem die Lüftergeschwindigkeit so eingestellt ist, dass sie in direktem Zusammenhang mit der Prozessortemperatur steht. Darüber hinaus können Computergehäuse mit einem Lüfter ausgestattet werden, der warme Luft aus dem Gehäuse abführt.
Wasserkühlung ist leise und effektiv
Ein besonders starker Lüfter ist auch besonders laut. Die Verwendung von Flüssigkeiten ermöglicht normalerweise eine leisere Kühlung. In den letzten Jahren bauen Enthusiasten besonders gerne Wasserkühlung in ihre Computer ein. Eine solche Wasserkühlung ist leiser und effektiver als eine Luftkühlung. Der Flüssigkeitskühler ist direkt mit dem Bauteil verbunden. Es ist ein flüssigkeitsdurchströmtes Kühlelement, das weder Geräusche noch Vibrationen verursacht. Diese Art der Kühlung ist komplizierter und wird verwendet, wenn die Luftkühlung nicht mehr ausreicht.
Die Wasserkühlung ermöglicht, Hochleistungscomputer effektiv zu kühlen. Leider ist Wasser ebenso wenig zum Kühlen geeignet wie Luft. Sowohl Wasser als auch Luft sind Wärmeisolatoren. Sie sind sehr schlechte Temperaturleiter. Die Kühlung erfolgt nur durch die ständige Bewegung von Wasser oder Luft. Für die Wasserkühlung bildet ein Schlauch einen geschlossenen Wasserkreiskauf im Computersystem. Am Schlauch ist ein spezieller Kühler angeschlossen. Eine Wasserpumpe hält das Wasser in ständiger Bewegung, wodurch der Kühlerkörper kühl bleibt.
Manchmal schaltet der Prozessor seine Leistung trotz ausreichender Wärmeableitung herunter oder ganz ab. Dies liegt daran, dass der Spannungswandler, der auf der Hauptplatine direkt neben dem CPU-Sockel sitzt, insbesondere bei der Wasserkühlung von den Kühlmaßnahmen nicht profitiert und sich aufheizt.
Festplatten kühlen für die lange Lebensdauer
Festplattenlaufwerke werden wie viele andere Computerkomponenten ebenfalls sehr heiß. Wenn die Anforderungen an die Festplatte groß sind, z. B. aufgrund von umfangreicher Nutzung von Datenbanken oder umfangreicher Kopiervorgänge, werden Festplatten so heiß, dass man sie nicht anfassen kann. Infolgedessen verkürzt sich ihre Lebensdauer und es ist wahrscheinlicher, dass sie ausfallen. Daher ist es erforderlich, die Festplatte speziell zu kühlen. Für diese Aufgabe gibt es verschiedene Arten der Festplattenkühlung. Heutzutage werden wohl fast nur noch SSDs verwendet, die nicht mehr heiß werden.
Netzteil kühlen senkt die Brandgefahr
Ein weiteres wichtiges Bauteil im Server oder Computer, das unbedingt der Kühlung bedarf, ist das Netzteil. Der Lüfter des Netzteils ist meist fest im Netzteil verbaut. Im Netzteil sind Verunreinigungen besonders schädlich. Baustaub stellt hier sogar ein großes Brandrisiko (Brandgefahr) dar.
Staub ist häufig die Ursache für Serverausfälle
Staub bringt Risiken und Gefahren für die zentrale IT-Infrastruktur mit sich. Schmutz kann IT-Systeme, Netzwerkkomponenten, Telekommunikationssysteme, Audio-, Medientechnik oder Überwachungstechnologien beschädigen oder zerstören und Server lahmlegen. Unauffällig, aber für Server tödlich: Schmutz verursacht Kurzschlüsse, Wärmeentwicklung, Festplattenausfälle und Serverausfälle. Mit mehr Sauberkeit im Serverraum werden viele Schäden und Fehlfunktionen vermieden.
Stäube verstopfen die Öffnungen und Wege der Rechner zur notwendigen Kühlung. Umgebungsstaub kann den Betrieb von Rechenzentren, Unternehmen oder Institutionen ernsthaft beeinträchtigen, Baustaub sogar komplett lahmlegen. Aufgrund von Verunreinigungen fällt die zentrale IT-Infrastruktur (Hardware) aus, und vom Serverraum oder Rechenzentrum bereitgestellte IT-Services und Daten sind nicht mehr verfügbar. Daten können verloren gehen.
Der Gebäudestaub (Baustaub) nach Umbaumaßnahmen, Renovierung oder Bauarbeiten kann den Betrieb innerhalb weniger Minuten vollständig lähmen und die Brandgefahr erhöhen. Berücksichtigen Sie Ihre IT-Sicherheit und Ihren grundlegenden IT-Schutz. Lassen Sie Ihren Serverraum professionell reinigen und die IT-Geräte entstauben.
Wie viel Staub vertragen Geräte der Informationstechnik und Kommunikationstechnik (ITK)?
Um eine eigene Serverinfrastruktur zu betreiben, nutzt ein Unternehmen einen Serverraum im eigenen Gebäude oder sogar ein separates Rechenzentrum. Die Anforderungen an diese Räume oder Gebäude sind hoch, da sie Unternehmensanwendungen ausführen und unternehmenskritische Daten enthalten, die immer verfügbar sein müssen. Unsaubere und damit unsichere Serverräume bringen enorme Geschäftsrisiken mit sich.
Der Serverraum / das Rechenzentrum schützt verschiedene Geräte: Speichertechnologie, Computerserver, Netzwerkgeräte, Firewalls, Stromversorgung, Klimaanlagen, Alarmsysteme, Sicherheitssysteme usw.
Für den Betrieb und die Wartung der IT Infrastruktur im Serverraum eines Unternehmens fallen regelmäßig bestimmte Fixkosten an. Ein großer Teil dieser Kosten ist der Energieverbrauch von Strom und Kühlung. Wie hoch diese Kosten sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Verstaubungen zwingen die IT-Geräte zu Höchstleistungen. Lüfter kommen an ihre Grenzen, um die Hardware zu kühlen und verbrauchen zwangsweise sehr viel mehr Energie als notwendig.
Verunreinigungen und Kontaminationen machen eine Klimatisierungs- oder Kühlstrategie für Rechenzentren zunichte. Um die Temperatur der Server-Racks auf einem angemessenen Niveau zu halten, bläst die Klimaanlage kontinuierlich kalte Luft durch die perforierten Bodenplatten im erhöhten Boden (Doppelboden). Aufgrund der verstopften Luftwege der Hardware müssen Klimaanlagen immer stärker arbeiten und verbrauchen ebenfalls sehr viel mehr Strom und erhöhen die Energiekosten.
Auswirkungen von Verunreinigungen auf elektronische Geräte
Wann führt Verschmutzung zu einem technischen Problem? Wenn Sie sich die aufgrund von Verschmutzungen verursachten IT-Ausfälle ansehen, können Sie feststellen, welche Staubarten besonders gefährlich sind und welche schädlichen Auswirkungen durch Staubpartikel verursacht werden.
Ungünstige Umgebungsbedingungen wie Schmutz und Feuchtigkeit im Serverraum können zu Fehlalarmen, Fehlfunktionen und Schäden der ITK führen. Die Gefahr von Bautaub ist besonders hoch. Fehlalarme der Brandmeldeanlage können enorme Kosten verursachen, wenn sie beispielsweise unnötige Systemausfälle (Feuerwehr, Löschgas) verursachen.
Staubkontamination beeinträchtigt die Funktionalität Ihrer technischen Ausrüstung erheblich. Staubpartikel gelangen über die Lüftungsschlitze und Lüftungssysteme von Computern und Servern in den Innenraum und sammeln sich beispielsweise auf Lüftern, Kühlern, Festplatten, Grafikkarten, Netzteile, Motherboards und Laufwerken an. Infolgedessen ist die Wärmeableitung stark eingeschränkt, so dass eine ausreichende Kühlung nicht mehr möglich ist. Wärmeableitungsprobleme verursachen Überhitzung.
Sichere Zeichen dafür, dass Lüfter verschmutzt sind, dass die CPU- und Netzteillüfter lauter laufen, da der Kühlkörper des Kühlers durch eine Staubschicht blockiert ist. Infolgedessen ändert die Temperaturregelung die Drehzahl des Lüfters und lässt ihn schneller und somit lauter drehen. Überhitzung verkürzt die Lebensdauer der Komponenten eines Rechners erheblich.
Eine EDV-Reinigung hält die Technologie sauber und gut belüftet. Daher sollten Sie technische Geräte regelmäßig reinigen lassen. Dies reduziert unerwartete und unnötige Hardwarefehler, damit verbundene teure Reparaturen und mögliche Datenwiederherstellung. Aus geschäftlicher Sicht ist dies sehr viel günstiger als der Kauf neuer Geräte und der damit verbundenen Installation und Konfiguration von Hardware und Software.
Welche sicherheitstechnischen und hygienischen Maßnahmen sind notwendig?
Betrachten und beurteilen wir Anforderungen der Hardware-Hersteller, Serverraumsauberkeit, Umgebungsbedingungen, Anziehungskräfte von Oberflächen, Entstehungsmechanismen von Sschmutz, Baustaub, Feinstaub und Grobstaub, Luftbewegung, Staubbindung, auf Staubpartikel wirkende Kräfte, Haften des Staubes auf Oberflächen, Richtwerte, Standards und Normen für Serverräume (DIN EN ISO 14644-1 Reinraumklasse 8), Reinigungsstrategien, Ablauf einer ergebnisorientierten Reinigung, Techniken zum langfristigen Erhalt der Verfügbarkeit.
Keding ist Experte für die Säuberung von Rechenzentren und die IT-Infrastruktur. Als IT-Dienstleister ist Keding auf IT und EDV, Serverreinigung, Staubentfernung, Reinigung kritischer Umgebungen und sensibler Bereiche (wie Datacenter, Rechenzentren, Serverräume, Doppelböden und Kabeltrassen) sowie IT-Sanierung spezialisiert.
Lassen Sie Baustaub nach Umbauarbeiten im Rechenzentrum oder Serverraum professionell entfernen und die IT-Infrastruktur wie Server, Speicher (Storages) und Datenverteiler (Switches) regelmäßig reinigen. Die Prozessorkühlung funktioniert dann verlässlich. Mit jahrzehntelanger Erfahrung, speziellem Equipment und technischem Wissen steht Ihnen unser IT-Team jederzeit zur Verfügung.
Prozessorkühlung muss zuverlässig funktionieren
