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White Paper Cool-safe ® : Was ist das und was haben Sie davon? Seite 1 von 9 WHITE PAPER Cool-safe ® : Was ist das, und was haben Sie davon? Inhalt Einleitung 2 Leistung – was Ihrem CEO am meisten am Herzen liegt 2 Effizienz – warum Ihr CFO so große Stücke auf PRIMERGY-Server hält 2 Energieeffizienz des Netzteils 3 BIOS und Prozessoren 3 Motherboard Design – PRIMERGY Dual Socket M1 Server 3 Energieeffizienz auf einem neuen Level 4 Server Management – Fujitsu ServerView Suite 4 Power Calculator im SystemArchitect 6 Zuverlässigkeit – damit der CFO Ihnen nicht das Leben schwer macht! 7 Luftstrom – für eine kühle Umgebungstemperatur 7 Fazit 9

Cool-safe®: Was ist das, und was haben Sie davon? · 2015-03-23 · Schauen wir uns nun einmal an, ... geht bzw. mit welcher Leistung es arbeitet. ... BIOS-Einstellungen führen

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White Paper Cool-safe ®: Was ist das und was haben Sie davon?

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WHITE PAPER Cool-safe®: Was ist das, und was haben Sie davon?

Inhalt

Einleitung 2 Leistung – was Ihrem CEO am meisten am Herzen liegt 2 Effizienz – warum Ihr CFO so große Stücke auf PRIMERGY-Server hält 2

Energieeffizienz des Netzteils 3

BIOS und Prozessoren 3

Motherboard Design – PRIMERGY Dual Socket M1 Server 3

Energieeffizienz auf einem neuen Level 4

Server Management – Fujitsu ServerView Suite 4

Power Calculator im SystemArchitect 6

Zuverlässigkeit – damit der CFO Ihnen nicht das Leben schwer macht! 7 Luftstrom – für eine kühle Umgebungstemperatur 7

Fazit 9

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Einleitung Bei Cool-safe handelt es sich um eine in PRIMERGY Servern angewandte ganzheitliche systemtechnische Methodik. Cool-safe ist ein Kernstück unserer Entwicklungsanstrengungen. Fragt man verschiedene Entwickler, was Cool-safe für sie bedeutet, so wird man als gemeinsamen Nenner drei Antworten erhalten: • Leistung • Effizienz • Zuverlässigkeit Unsere PRIMERGY-Entwickler stellen ihre gesamte Kreativität in Ihren Dienst - damit Effizienz, Zuverlässigkeit und Leistung Kennzeichen Ihres PRIMERGY Servers sind. Seit der Einführung der PRIMERGY Dual S8 Generation 2013 unterstützen ausgewählte

PRIMERGY Server Cool-safe Advanced Thermal Design, eine Erweiterung des Cool-safe

Konzeptes. Damit können sie in einem erweiterten Temperaturbereich betrieben werden. Wie

das Schaubild zeigt liegt der übliche Betriebstemperaturbereich für Server zwischen 10 °C und

35 °C. Mit Cool-safe Advanced Thermal Design wird dieser auf 5 °C bis 40 °C erweitert.

Weitere Informationen: Cool-safe® Advanced Thermal Design White Paper Das ist es also kurz und bündig, was Cool-safe ausmacht. Ach ja, und Cool-safe soll außerdem Ihren CEO und Ihren CFO glücklich machen. Jetzt wollen wir einmal einen Blick auf die Details werfen und uns veranschaulichen, wie das in der Praxis so abläuft…also die Technik.

Leistung – was Ihrem CEO am meisten am Herzen liegt Ihr CEO möchte jede Geschäftsmöglichkeit wahrnehmen, die sich ihm bietet, und die PRIMERGY-Entwickler wissen das. Deshalb setzen sie die Cool-safe-Methodik ein, um die größtmögliche Leistung aus dem System herauszuholen - ohne dabei die Faktoren Effizienz und Zuverlässigkeit aus den Augen zu verlieren. Eine besonders wichtige Entwicklung in diesem Zusammenhang ist die Verwendung der Intel® Xeon® E5-Prozessorfamilie mit bis zu 18 Cores. Darüber hinaus können PRIMERGY M1-Systeme bis zu 1,5 TB neuester DDR4-Speichermodule mit 2133 MHz und bis zu 32 Festplatten nutzen! Und jetzt wollen wir uns einmal damit beschäftigen, wie sich dieses Kraftpaket bändigen lässt.

Effizienz – warum Ihr CFO so große Stücke auf

PRIMERGY-Server hält Effizienz ist ein großes Wort, und es kann viele Bedeutungen haben. In diesem Zusammenhang bedeutet es, keine Energie zu verschwenden. Geld zu verschwenden ist nie eine gute Idee. Außerdem ist Energieverschwendung auch unter Umweltaspekten schlecht. Beides ist sehr wichtig im Hinblick auf Rechenzentren, wo in Rack- oder Blade-Infrastrukturen eine Vielzahl von Servern betrieben wird. Der beste Weg zur Messung der Energieeffizienz besteht darin, die SPECpower_ssj2008-Benchmark heranzuziehen (http://www.spec.org/power ssj2008/results/power ssj2008.html). Dieser misst die Leistung/Watt des Servers. Gemäß SPEC gilt Folgendes: „Der Gesamtwert des SPECpower_ssj2008-Benchmark ist die Summe der auf jeder einzelnen Laststufe gemessenen Leistung (in ssj_ops) geteilt durch die Summe der durchschnittlichen Leistungsaufnahme (in W) auf jeder Laststufe, einschließlich der Active Idle-Stufe.“ Siehe: http://www.spec.org/power/docs/SPECpower ssj2008-Result File Fields.html. Auf der SPEC-Ergebnisseite werden Sie sehen, dass PRIMERGY Server prominent unter den Top 10 der energieeffizientesten Server vertreten sind. Übrigens: Seit Beginn dieser Messungen vor 7 Jahren, hat sich die Energieeffizienz der PRIMERGY Server um den Faktor 30 verbessert.

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Schauen wir uns nun einmal an, was den PRIMERGY-Server so effizient macht. Energieeffizienz des Netzteils Nahezu alle Single und Dual Socket PRIMERGY Systeme sind mit Netzteilen ausgestattet, die eine Energieeffizienz von 94 % erreichen können. Einige Modelle unterstützen sogar 96 % Effizienz. Das bedeutet, dass nur 4 bzw. 6 % der das Netzteil passierenden Energie verloren gehen. Dadurch werden Kosten eingespart und der Einfluss auf die Umwelt minimiert. BIOS und Prozessoren Welchen Einfluss hat das BIOS auf den Energieverbrauch? Natürlich macht es keinen Sinn, wenn Ihre Hardware die ganze Zeit auf Hochtouren läuft. Ihr Energieversorger würde sich darüber freuen – aber Ihr CFO definitiv nicht. Deshalb weisen Prozessoren sogenannte „C-States“ und „P-States“ auf. C-States sind Ruhezustände, und P-States Arbeitszustände. Die C-State-Stufe bestimmt, wie tief ein Prozessor in den Ruhezustand geht. Je tiefer der Ruhezustand, desto weniger Energie verbraucht der Prozessor, aber desto länger braucht er auch, um wieder daraus „aufzuwachen“. Der P-State bestimmt die Taktfrequenz des Prozessors. Bei geringerer Geschwindigkeit erzeugt der Prozessor weniger Wärme und verbraucht weniger Energie. Bei Intel® Prozessoren sind die P-States unter der Bezeichnung Enhanced Intel Speed Step® Technology bekannt. Soweit noch alles klar? Natürlich kommuniziert der Prozessor mit dem Betriebssystem, um den richtigen C- oder P-State einzustellen, aber das ist nicht die ganze Geschichte. Hier kommen die BIOS-Techniker ins Spiel. Im BIOS ist eine Wertetabelle verfügbar, über die die Grenzen eingestellt werden können, innerhalb derer die Hardware und die Software arbeiten. Auf diese Weise wird bestimmt, wie tief Ihr System in den Ruhezustand geht bzw. mit welcher Leistung es arbeitet. Keine einfache Aufgabe, aber hier kann das PRIMERGY-Technikteam mit unglaublicher Präzision seine sensationellen analytischen Fähigkeiten ausspielen. Das BIOS-Knowhow ist das Ergebnis umfassender Tests und von Kunden-Feedbacks. Motherboard Design – PRIMERGY Dual Socket M1 Server Was haben sich die PRIMERGY-Entwickler nun hierzu überlegt? Um nun ein hoch effizientes Serversystem zu erhalten, müssen sie zunächst einmal das Energiekonzept als Ganzes betrachten – vom Wechselspannungseingang bis zu den Motherboard-Komponenten wie Prozessor, Speicher und Chipsatz. Immer mit dem Ziel der Energieeffizienz im Sinn ersetzten sie zuerst die alten Netzteile durch neue, die für eine hohe Effizienz optimiert sind. Außerdem ist es gelungen, den Anschluss der Netzteile an das Motherboard zu optimieren. Die höchst effizienten redundanten Stromversorgungen sind jetzt direkt über Stecker mit geringstem elektrischem Widerstand mit dem Motherboard verbunden. Dies garantiert eine hoch effiziente Energieübertragung vom Netzteil zum Motherboard. Das Ergebnis all dieser Änderungen ist ein äußerst effizientes Serversystem. Die geringere Zahl erforderlicher Kabel verbessert gleichzeitig die Servicefreundlichkeit des Servers. Sehen Sie hier: So sieht das Innere eines RX2540 M1 aus, nachdem die Abdeckung abgenommen wurde.

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Energieeffizienz auf einem neuen Level Die Kombination aus hoch-effizienten Netzteilen, verschiedene Verbesserungen im Motherboard-Design und optimierte Energie- und BIOS-Einstellungen führen zu einer wesentlich verbesserten Energieeffizienz der neuen PRIMERGY Dual-Prozessor Generation. Damit war es möglich, die Resultate des wichtigen SPECpower_ssj2008 Benchmark um mehr als 30 % zu verbessern. Was bedeutet das für Sie? Im Vergleich zur Vorgängergeneration S8 bietet die neuen M1 PRIMERGY Generation eine um 30 % höhere Leistung pro Watt. Perfektes Klima und Energiekosteneinsparungen Wie Sie sicherlich wissen, verbrauchen die Energiekosten der Rechenzentren einen großen Anteil des IT-Gesamtbudgets der Unternehmen. Aber wussten Sie, dass die Kühlkosten oft davon einen Anteil von über 50 % haben? Aber jetzt zu den guten Nachrichten: es gibt eine einfache Möglichkeit, hier zu sparen! Die neueste Servergeneration unterstützt Umgebungstemperaturen bis zu 40 °C / 105 °F. Somit kann die Temperatur im Rechenzentrum problemlos um einige Grad angehoben werden. Jedes zusätzliche Grad bedeutet eine Reduzierung der Kosten für Klimatisierung um 5-6 %. Auch die gefürchteten „heißen Zonen“ eines Rechenzentrums verlieren ihren Schrecken. Tatsächlich ermöglichen intelligent eingerichtete Bereiche im Rechenzentrum eine äußerst einfache Möglichkeit die Klimatisierung und das Budget zu entlasten. Um Kunden ein ganzheitliches Rechenzentrumskonzept anbieten zu können, bieten nicht nur die Server die Cool-safe® Advanced Thermal Design Technologie, sondern auch zahlreiche Fujitsu ETERNUS Storage Systeme und Netzwerkkomponenten. Fujitsu bietet seinen Kunden damit komplette Infrastrukturen, bestehend aus Servern, Storage und Netzwerk, die Umgebungstemperaturen bis zu 40 °C / 105 °F unterstützen. Server Management – Fujitsu ServerView Suite Alle PRIMERGY Server werden mit der ServerView Management Suite ausgeliefert. Die ServerView Management Suite ist ein Tool für die Einrichtung, das Management, die Integration und die Wiederherstellung von IT-Infrastrukturen. Befassen wir uns zunächst einmal mit der Management-Komponente. Das Geheimnis liegt im iRMC Chip (integrated Remote Management Controller), der in das Motherboard integriert ist (siehe unten). Jetzt wollen wir einmal sehen, was der iRMC-Chip und ServerView zusammen zu leisten in der Lage sind. Power Control

Diese kostensparende Funktionalität ist einer der besonderen Lieblinge Ihres CFO.

Das integrierte Power Management (Energieverwaltung) steuert (remote) das

Einschalten, Ausschalten und Herunterfahren von physikalischen wie auch virtuellen

Servern.

Power Monitoring

Noch ein Favorit des CFO. Der Power Monitor zur Energieüberwachung ermöglicht

die Analyse des Stromverbrauchs eines einzelnen oder mehrerer Server. Die

Verbrauchsdaten werden über entsprechend einstellbare Zeiträume hinweg

erfasst und grafisch dargestellt

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Steuerung der Stromaufnahme Der iRMC-Chip ermöglicht die Auswahl zwischen zwei Optionen:

Minimal Power Consumption (minimale Leistungsaufnahme): Sie reduzieren die CPU-Leistung auf das für diesen CPU-Typ geltende Minimum.

Best Performance (maximale Leistung): Die gesamte Leistungskapazität der CPU steht für das Betriebssystem zur Verfügung. Low Noise: iRMC überwacht den Server, um möglichst den niedrigsten Geräuschemissionswert zu erreichen. Power Limit: Ermöglicht die Begrenzung der maximalen Leistungsaufnahme (in Watt) und die Definition geeigneter Maßnahmen bei

Erreichen dieses Wertes. Mit der Scheduler-Funktion ist ein vorab geplantes Umschalten zwischen diesen Optionen möglich. Last but not least: Sollte sich wegen eines Spannungsausfalls die unterbrechungsfreie Stromversorgung einschalten, reduziert der Server den Stromverbrauch auf ein Minimum. Sie denken, das ist eine gute Sache? Es wird sogar noch besser. Fujitsu hat eine großartige Erfolgsbilanz in der Entwicklung stromsparender Hardware und fügt ständig neue umweltfreundliche Produkte dem Portfolio hinzu. Die PRIMERGY BX Blade Server sind keine Ausnahme: an erster Stelle ermöglicht das System-Design einen Verzicht auf "überflüssigen Komponenten", wie z.B. Netzwerk-Equipment, Netzteile und Lüfter, die typisch für herkömmliche Infrastrukturen sind. Diese „schlanken“ Systeme ermöglichen niedrigere allgemeine Leistungsanforderungen. Zusätzlich stattet Fujitsu die Systeme mit hocheffizienten Komponenten, fortschrittlicher Kühltechnik, und umfangreichen Power-Management-Tools aus. Das Power-Management der PRIMERGY Blade Server-Umgebung kann in vier Hauptfunktionen unterschieden werden: Monitoring der Leistungsaufnahme, Kontrolle der Leistungsaufnahme des gesamten Chassis, Kontrolle der Leistungsaufnahme einzelner Server Blades, und PSU Redundanz Modus. Diese Funktionen helfen Unternehmen thermische Effekte besser zu verstehen und Energie durch intelligente Überwachung und Kontrolle effizienter zu nutzen. Damit kann der PRIMERGY Blade Server in mehreren Modi, ähnlich Fahrparameter Programmen in modernen Autos, arbeiten:

Der Low Noise Modus reduziert den Stromverbrauch und Lüfter-Betrieb, so dass das Gerät nicht mehr als 45 dB (A) an

Betriebsgeräuschen verursacht. Dieser Modus ist besonders in Büro-Szenarien nützlich, in denen der Blade Server in einer Ecke des

Büros oder unter dem Schreibtisch platziert wird.

Der Enforced Modus auf der anderen Seite ist darauf ausgelegt den benutzerdefinierten maximalen Energieverbrauch nicht zu

überschreiten. Ist der Modus aktiviert, kann das Leistungs-Budget der einzelnen Server Blades durch den User über jede mögliche

Schnittstelle geändert werden.

Der Minimum Modus sorgt dafür, dass das System im geringst-möglichen Energieverbrauch arbeitet. Dieser Modus ermöglicht die

größten Einsparungen und wird für alle Szenarien empfohlen, in denen die Leistung nicht die oberste Priorität besitzt.

Darüber hinaus verteilt der "Dynamic Power Mode" der Netzteile automatisch die Last um die Energieeffizienz der einzelnen Netzteile

zu maximieren.

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Das ServerView Remote Management-Tool (Screenshot oben) zeigt den Stromverbrauch z. B. über eine Stunde, Woche oder Jahr, in einem Diagramm mit mehreren Kurven für z.B. aktuellen und durchschnittlichen Verbrauch. Power Calculator im SystemArchitect Der Endbenutzer hat auch die Möglichkeit, eine Feineinstellung seines Energieverbrauchs vorzunehmen. Dazu steht ihm der Power Calculator im SystemArchitect zur Verfügung.

Der Power Calculator errechnet für die erstellte Konfiguration den Energieverbrauch und die Wärmeabgabe – wichtige Informationen für die Planung eines Rechenzentrums.

Siehe das „White Paper: PRIMERGY Modular PSU Concept“ (White Paper: modulares PRIMERGY PSU-Konzept) für weitere Einzelheiten. Deshalb hält Ihr CFO große Stücke auf die PRIMERGY-Entwickler. Weil sie ihr Bestes tun, um Ineffizienz zu minimieren und Ihrem Unternehmen auch noch helfen, den letzten Cent einzusparen. Und weil er sich gut dabei fühlt, wenn er damit auch noch helfen kann, die Umwelt zu schützen.

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Zuverlässigkeit – damit der CFO Ihnen nicht das Leben

schwer macht! Luftstrom – für eine kühle Umgebungstemperatur Dies ist ein absolut entscheidender Faktor bei der Zuverlässigkeit. Ziel ist es hier, ein Überhitzen des Systems zu vermeiden, indem kühle Luft in das System geleitet und erwärmte Luft abgeleitet wird. Um den Luftstrom zu simulieren, verwenden die PRIMERGY-Entwickler Computational Fluid Dynamics (numerische Strömungsdynamik, CFD). CFD wird häufig in High-Tech-Bereichen wie der Luftfahrt eingesetzt. Die folgende Abbildung dient als Beispiel für die Anwendung der CFD für einen PRIMERGY RX2540 M1. In den blau und türkis markierten Bereichen bewegt sich der Luftstrom langsam, in den gelben und roten Bereichen schnell. Die Grafik demonstriert, dass das Cool-safe® optimierte Design lediglich langsam strömende Luft benötigt um das System zu kühlen.

Die Luft strömt von rechts nach links durch das System. Die einströmende Luft wird von den entlang des Chassis angebrachten Lüftern in das System geleitet. Die kritischsten Komponenten sind strategisch direkt hinter den Lüftern angebracht, was ihre optimale Kühlung garantiert. Die Netzteile sind mit eigenen Lüftern ausgestattet (siehe gelber Bereich links oben im Bild), was nicht unbedingt überrascht. Schließlich wird bei der Erzeugung der Energie, die das System am Laufen halten soll, auch Wärme erzeugt, die aus dem System abgeleitet werden muss. Dies ist erforderlich, um ein freistehendes System wie einen Tower, aber auch ein in einem Rack im Rechenzentrum eingebautes System zu kühlen. Das Schaubild zeigt die Luftströme in einem klassisch aufgebauten Rechenzentrum.

Hot-plug PSUs

Hot-plug HDDs

2x Intel® Xeon ®

E5-2600 Hot-plug Lüfter

24x DDR4 Slots

(12 pro CPU) I/O Slots

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Wie das Bild zeigt, müssen die Systeme so konzipiert sein, dass:

ein einzelnes Rack oder eine Blade-Infrastruktur angemessen gekühlt wird und

dass es die Zuverlässigkeit der anderen Racks oder Blades nicht beeinträchtigt

Der andere entscheidende Punkt, der aus der Grafik hervorgeht, lautet: Die großen Wärmemengen bedeuten einen hohen Aufwand bei der

Kühlung des Rechenzentrums. Hier besteht natürlich eine enge Verbindung zu den Themen Energieeffizienz und Kosteneinsparung.

Aus der untenstehenden Abbildung eines PRIMERGY RX2540 M1 Rack-Systems geht hervor, wie dessen Aufbau aussehen muss, um ein kühles

System zu garantieren.

1. Die Belüftungs-„Korridore“ sind groß genug, dass der Luftstrom ungehindert durch sie hindurchfließen kann. Zu beachten ist auch, dass die Techniker ihr Bestes getan haben, um das Design nahezu kabellos zu halten. Auch hierdurch werden Behinderungen des Luftstroms weitestgehend vermieden.

2. Die warme Luft wird schnell von den Wärme entwickelnden Komponenten weggeführt. Die Prozessoren sind parallel angeordnet, so dass jeder seinen eigenen Luftstrom hat.

3. Der Luftstrom wird dorthin geführt, wo er am meisten benötigt wird. Beachten Sie bitte, wie die Lüfter über die Breite des Systems angeordnet sind. Die Kühlkanäle sind separat gehalten, um Abkürzungen und Schleifen bei der Luftzirkulation zu vermeiden.

Ein weiteres hervorragendes Beispiel ist der PRIMERGY TX2540 M1. Die Geschwindigkeit des Luftstroms wird durch große, langsam drehende

Lüfter so gering wie möglich gehalten.

In diesem Fall blasen die drei Standard-Lüfter plus ein Lüfter für Redundanz die Luft direkt auf die Prozessoren und Speichersteckplätze. Das Gehäuse und die Lüfter sind darauf optimiert ein Maximum an Luft durch das System zirkulieren zu lassen und sorgen somit für eine niedrigere Temperatur. Viele kleine Lüfter müssten sehr schnell arbeiten, um das System zu kühlen. Die kleinen Lüfter würden mehr Energie verbrauchen und wären außerdem lauter. Daher werden im TX2540 M1 stattdessen drei große Lüfter eingesetzt. Diese drehen sich langsamer, sodass das System energieeffizienter und leiser arbeitet.

Ein Lüfter mit großem Durchmesser erzeugt selbst bei geringer Drehzahl einen guten

Luftstrom. Außerdem verfügen PRIMERGY-Server über die ServerView Management

Suite, die ebenfalls die Geschwindigkeit der Lüfter steuert. Die Geschwindigkeit der

Lüfter kann zwischen den folgenden Werten variieren:

Volle Geschwindigkeit: 3.000 U/min (+/- 10 %)

Langsame Geschwindigkeit: 1.000 U/min (+/- 10 %)

Die Lüftergeschwindigkeit wird abhängig von der Umgebungstemperatur und dem

Energieverbrauch des Servers gesteuert. Dies wird in ServerView grafisch dargestellt.

Lüfter Netzteil-Lüfter

Warm air outflow Cool air inflow

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Fazit So, Schluss mit der Techniklektion; Sie wissen jetzt, was die Cool-safe-Methode ausmacht. Was nehmen Sie daraus mit? Leistung: Cool-safe lässt Sie die Leistungspotenziale Ihrer Systeme voll ausnutzen. Ein System, das bereits bei geringer Last überhitzt, kann nicht mehr Leistung bringen. Es ist an seine Grenzen gestoßen. Ein gut gekühltes System wird auch noch höhere Leistungen erbringen können. Effizienz und Green IT: Mit Cool-safe sparen Sie Geld und schonen die Umwelt. Ein bei niedrigen Temperaturen laufendes System hilft die ineffiziente Nutzung von Ressourcen zu vermeiden - seien es nun finanzielle oder natürliche Ressourcen. Zuverlässigkeit: Cool-safe erspart Ihnen Kopfschmerzen. Indem das System kühl gehalten und vor Überhitzung geschützt wird, verlängert es die Lebensdauer seiner Komponenten. Einer der Hauptgründe, warum Komponenten ausfallen ist ganz einfach, dass sie sich überhitzen. Cool-safe steuert dem entgegen und gewährleistet dadurch eine längere Lebensdauer Ihres Systems (und Ihrer Investitionen!). Pure Innovation: das ist die Essenz von Cool-safe.

Von besonderer Bedeutung für Tower-Systeme ist das Wabendesign der Frontblende.

Es mag auf den ersten Blick zwar nicht als eine große Innovation erscheinen, aber die

sechseckigen Öffnungen lassen mehr Luft einströmen als runde. Dadurch erhöht sich

die Systemzuverlässigkeit. Auch die Leistung erhöht sich, da das System so mit

höherer Geschwindigkeit laufen kann. Eine kleine, aber effektive Verbesserung.

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