PDU-Typen für KI-Server-Racks: Basic, Metered, Switched, ATS

Die Power Distribution Unit ist das langweiligste Teil im Rack – und das erste, das Sie bereuen. Ein KI-Server mit 4 GPUs zieht dauerhaft 1.8–2.4 kW, ein 8-GPU-Knoten 3.5–4.5 kW. Bei diesen Zahlen ist die PDU nicht mehr „das Ding, in das der Server eingesteckt wird“ — sie ist Messinstrument, Sicherungsplan, Fernschalter für den Neustart und an einem schlechten Tag das Einzige, was Ihnen sagt, welcher Ausgang gerade schmilzt.

Dieser Artikel geht die PDU-Leiter von der simplen Steckdosenleiste bis zur intelligenten Einheit mit zwei Einspeisungen durch — mit ehrlichen Preisen, dem, was jede Stufe Ihnen bringt, und der Stelle, an der die Kurve aus Kosten und Schmerz für KI-Compute kippt. Herstellerneutral.

Die Stufen in einer Tabelle

Die richtige Antwort für jedes KI-Rack mit zwei oder mehr Compute-Knoten lautet Switched + Outlet-Metered. Warum, begründen wir unten.

Basic-PDU — die dumme Leiste

Eine rackmontierbare Steckdosenleiste. Außenleiter, Neutralleiter, Erde, eine Reihe Ausgänge, manchmal eine Sicherung je Bank. Kein Display, kein Netzwerkanschluss, keine Logik. Ein Eingang (C20-Einbaustecker oder fest angeschlagene Leitung), sechs bis vierundzwanzig Ausgänge im Mix aus C13 und C19, mit etwas Glück eine Betriebs-LED.

Was Sie nicht bekommen: jede Form von Einblick, wie viel Strom ein einzelner Ausgang — oder das Gerät selbst — zieht. Keinen Fern-Neustart. Keine Monitoring-Anbindung. Wenn der Server hängt und Sie 200 km entfernt sind, rufen Sie jemanden an, der einen Schlüssel zum Rack hat.

Basic ist in Ordnung für die Laborbank unter dem Schreibtisch oder einen einzelnen Entwicklungsknoten im kleinen Büro, wo Sie die Lampen sehen und den Stecker erreichen. Für jeden produktiven KI-Server, jedes Rack, das Sie nicht in 30 Minuten erreichen, und jedes Rack mit mehr als zwei Compute-Knoten ist sie die falsche Wahl. Der Abstand von Basic (€100) zu Metered (€400) ist im Vergleich zu einer einzigen GPU gering; kaufen Sie mindestens Metered.

Metered-PDU — Summenwerte ohne Detail je Ausgang

Eine Metered-PDU ergänzt ein lokales Display mit Eingangsstrom, Spannung und meist Leistung (kW) und Energie (kWh). Bei Drehstromgeräten werden die Werte je Phase angezeigt. Bessere Geräte stellen dieselben Daten über SNMP, Modbus TCP oder HTTP bereit.

Was Sie weiterhin nicht bekommen: den Strom je Ausgang. Sie sehen, dass das Rack 18 A zieht. Sie sehen nicht, ob Ausgang 4 bei 9 A und Ausgang 5 bei 0.5 A liegt oder ob beide 4.75 A ziehen. Für ein heterogenes KI-Rack ist das relevant. Außerdem gibt es keine Ausgangssteuerung — die Ausgänge sind immer eingeschaltet, solange das Gerät Strom hat.

Diese Stufe bietet ehrlichen Gegenwert für ein Single-Tenant-Rack mit einem oder zwei GPU-Servern und einem Switch, bei dem die Last vorhersehbar ist und Sie nur wissen müssen, wie nah Sie an der Auslösung der Sicherung sind. Überspringen Sie sie und greifen Sie zu Outlet-Metered, wenn Sie mehr als zwei GPU-Knoten haben, eine Kostenweiterbelastung leisten müssen oder ein Lastprofil fahren, das am selben Ausgang stark zwischen Training und Inferenz schwankt.

Outlet-Metered-PDU — Messung je Ausgang, die KI-Grundausstattung

Strom, Spannung, Leistung und Energie je Ausgang. Ein kleiner Stromwandler oder Shunt an jedem Ausgang, viele Male pro Sekunde abgefragt. Dieselbe Bereitstellung über SNMP, Modbus und HTTP wie bei Metered, ergänzt um OIDs je Ausgang.

Für KI-Compute ist das die erste Stufe, die Ihnen die Daten liefert, die Sie wirklich brauchen. Sie sehen, welcher GPU-Server wie viel zieht — wenn das Team einen Trainingslauf startet und der Rack-Eingang von 24 A auf 30 A klettert, wissen Sie sofort, dass es der Knoten mit 8× 5090 war. Der Leistungsfaktor je Ausgang verrät ein alterndes oder unterdimensioniertes Netzteil, bevor es ausfällt. kWh-Zähler je Ausgang ermöglichen eine ehrliche Kostenweiterbelastung. Alarme je Ausgang (etwa 12 A an einer C13, 80 % des Nennwerts) fangen das Hochkriechen ab, bevor die vorgelagerte Sicherung auslöst.

Was Sie weiterhin nicht können: einen hängenden Server aus der Ferne stromlos schalten. Der Ausgang wird gemessen, steht aber immer unter Spannung.

Outlet-Metered-Geräte liegen bei €700–1200 — zwischen Metered (€400) und Switched-Metered (€1500+). Wenn Sie sicher sind, dass Sie nie eine Fernschaltung der Ausgänge brauchen, ist hier ein vertretbarer Halt. In der Praxis wollen die meisten KI-Racks beides.

Switched-PDU — Ausgänge aus der Ferne schalten

Eine Switched-PDU ergänzt hinter jedem Ausgang ein Relais (mechanisch oder als Halbleiter). Sie können einen Ausgang ein- oder ausschalten oder ihn takten (N Sekunden aus, dann wieder ein) — über HTTP, SNMP-Set oder die Hersteller-App. Die Summenmessung entspricht der einer Metered-PDU; eine Messung je Ausgang gibt es nicht.

Das entscheidende Merkmal ist der Neustart ohne Anfahrt. Wie oft ein KI-Trainingsjob einen Server so hart blockiert hat, dass auch IPMI nicht mehr reagiert, ist nicht null. Die Switched-PDU ist die letzte Möglichkeit, die Kiste stromlos zu schalten, ohne einen Menschen loszuschicken. Weitere Anwendungen: programmierbare Startreihenfolge nach einem USV-Ereignis (damit nicht alle Server im selben Moment hochfahren) und geplantes Ein- und Ausschalten von Laborgeräten.

Was Sie ohne das Outlet-Metered-Upgrade nicht bekommen: eine Möglichkeit zu prüfen, ob am Ausgang nach dem Einschalten tatsächlich Last anliegt. Die PDU meldet, dass das Relais geschlossen hat; sie sagt Ihnen nicht, dass der Server Strom zieht. Für einen sicheren Fern-Neustart wollen Sie beide Zustände sehen.

Switched + Outlet-Metered — der Sweet Spot für den KI-Betrieb

Messung je Ausgang und Fernschaltung je Ausgang in einem Gerät. Das ist die richtige Antwort für jedes produktive KI-Rack:

1. Leistungsaufnahme je Ausgang in Ihrem Monitoring-Stack neben GPU-Leistung, Raumtemperatur und Netzteilspannungen. Auffälligkeiten erscheinen in einem einzigen Dashboard.
2. Fern-Neustart mit Rückmeldung. Relais aus, Strom auf null fallen sehen, fünf Sekunden warten, Relais ein, Strom auf den erwarteten Leerlaufwert zurückkehren sehen.
3. Frühe thermische Warnung. Wenn Ausgang 4 plötzlich 2.6 kW zieht, wo er normalerweise bei 1.7 kW im Leerlauf liegt, schlägt der Alarm an, bevor die Raumklimatisierung aufgibt.
4. Echte Kostenweiterbelastung mit NTP-zeitgestempelten kWh je Ausgang.

Kosten: €1500–3000 für eine vertikale 0U-Einheit mit 24 Ausgängen. Weniger als der Preis einer einzelnen RTX 5090. In einem Rack mit GPUs im Wert von über €30k ist das nicht der Posten, an dem man spart.

Wenn Sie das Rack physisch nicht erreichen können — Colocation, entferntes Büro, Gebäude mit Zutrittsbeschränkung — BRAUCHEN Sie Switched. Eine einzige vermiedene Anfahrt außerhalb der Geschäftszeiten deckt die Differenz.

ATS-PDU — Umschaltung zwischen zwei Stromquellen

Eine ATS-PDU (Automatic Transfer Switch) hat zwei Anschlussleitungen zu zwei verschiedenen Quellen und versorgt eine einzige Ausgangsbank aus der jeweils gesunden Einspeisung. Bricht die primäre Quelle ein oder fällt sie aus, schaltet der ATS innerhalb von 8–16 ms auf die sekundäre um. Die nachgelagerte Technik sieht nur eine kurze Störung.

ATS-PDUs sind für Geräte mit nur einem Netzanschluss gedacht, die Quellenredundanz brauchen. Moderne Server mit zwei Netzteilen benötigen keinen ATS — Sie stecken jedes Netzteil in eine eigene PDU an einer eigenen Quelle, und der Server übernimmt die Umschaltung selbst. Zum ATS greifen Sie, wenn im Rack Geräte mit nur einem Netzanschluss stehen — die meisten Netzwerk-Switches, KVMs, kleinere Storage-Appliances — und Sie einen Ausfall der Quelle nicht hinnehmen können.

Ein ATS ersetzt keine Batteriepufferung; fallen beide Quellen aus, fällt der ATS mit ihnen aus. Sie wollen weiterhin eine USV vor mindestens einer Quelle. Gegen nachgelagerte Kurzschlüsse schützt er ebenfalls nicht — ein defekter Ausgang löst die Sicherung in jedem Fall aus.

Lohnenswert für ein gemischtes Rack mit einigen Servern mit zwei Netzteilen und einigen Appliances mit nur einem. Überdimensioniert für ein Rack, in dem ohnehin alles zwei Netzteile hat (nehmen Sie einfach zwei unabhängige PDUs), oder für ein Labor, in dem ein kurzer Ausfall ärgerlich, aber nicht katastrophal ist.

Verteilung mit der Drehstrom-PDU

Sobald ein Rack rund 5 kW Dauerlast überschreitet, ist einphasig mit 16 A (3.7 kW) erledigt, und 32 A (7.4 kW) wird knapp. Die Standardantwort ist eine Drehstrom-PDU an einem IEC-60309-Stecker mit 32 A 3P+N+E (rot, 400 V zwischen den Außenleitern / 230 V gegen Neutralleiter).

P_max = √3 × V_LL × I × PF
      = 1.732 × 400 V × 32 A × 1.0
      ≈ 22.2 kVA  (etwa 22 kW bei PF = 1)

Die EU-Vorschriften begrenzen die Dauerlast auf 80 % der Sicherung, nutzbar sind also eher 17–18 kW. Bequem genug für vier 4-GPU-Knoten plus Netzwerktechnik.

Intern werden die drei Phasen (L1, L2, L3) auf zwei mögliche Arten auf die Ausgänge verteilt. Phase je Gruppe (Ausgänge 1–8 an L1, 9–16 an L2, 17–24 an L3) ist einfach, birgt aber das Risiko einer Schieflast, wenn alle Verbraucher mit hoher Last in derselben Gruppe landen. Phasenversetzt (Ausgänge 1/4/7 an L1, 2/5/8 an L2, 3/6/9 an L3) legt benachbarte Ausgänge auf unterschiedliche Phasen, sodass sich direkt übereinander montierte Server von selbst auf die Phasen verteilen. Die meisten modernen intelligenten PDUs arbeiten standardmäßig phasenversetzt.

Ein durchgerechnetes Verkabelungsbeispiel für eine Drehstrom-PDU mit 32 A, die ein KI-Rack mit vier Knoten versorgt:

Eingang: IEC 60309 32A 3P+N+E (rot, 400/230V)
       L1 — 32A   L2 — 32A   L3 — 32A   N   PE

Intern: 32-A-Hydraulik-Magnet-Schutzschalter je Phase
          Relais + Stromwandler je Ausgang (switched + outlet-metered)
          phasenversetzte Ausgänge

Ausgänge (24 gesamt, 12× C19 + 12× C13, 0U vertikal):

  1  (L1, C19)  Knoten A Netzteil 1   (8× 5090,  ~4.0 kW)
  2  (L2, C19)  Knoten A Netzteil 2   (gleicher Knoten, Split Delivery)
  3  (L3, C19)  Knoten B Netzteil 1   (4× Pro 6000, ~2.2 kW)
  4  (L1, C19)  Knoten B Netzteil 2
  5  (L2, C19)  Knoten C Netzteil 1   (4× 5090, ~2.0 kW)
  6  (L3, C19)  Knoten C Netzteil 2
  7  (L1, C19)  Knoten D Netzteil 1   (4× 5090, ~2.0 kW)
  8  (L2, C19)  Knoten D Netzteil 2
  9  (L3, C13)  ToR-Switch (~80 W)
  10 (L1, C13)  Mgmt-Switch (~30 W)
  11 (L2, C13)  KVM-over-IP (~20 W)
  12 (L3, C13)  Head-/Jump-Host (~150 W)
  13–24         Reserve / Zusatz

Last je Phase (alle Knoten bei ~80 % Dauerlast):
  L1 ≈ 4.1 kW / 17.8 A
  L2 ≈ 4.0 kW / 17.4 A
  L3 ≈ 2.4 kW / 10.4 A

Zwei Dinge sind hier wichtig. Erstens erledigt der Phasenversatz den Lastausgleich größtenteils automatisch. Zweitens landen die beiden Leitungen der Knoten mit zwei Netzteilen und Split Delivery bewusst auf unterschiedlichen Phasen. Bei jedem KI-Server mit zwei Netzteilen in Split-Delivery-Konfiguration stecken Sie jedes Netzteil auf eine andere Phase — das halbiert den Strom je Phase und verbessert die Reserve. („Split Delivery“ ist unser Produktbegriff: zwei Netzteile, die je die halbe Last tragen, nicht redundant 1+1. Zur Abgrenzung siehe W04.)

Die Schieflast auf L3 im Beispiel (rund 14 A Differenz) liegt an der Grenze dessen, was Netzbetreiber noch anstandslos akzeptieren. P03 behandelt die Phasensymmetrierung über mehrere Racks auf Gebäudeebene.

C13, C14, C19, C20 — die Steckverbindertypen

Gerade Nummern bezeichnen Geräteeinbaustecker, ungerade Nummern Kabel- bzw. PDU-Kupplungen.

Der entscheidende Punkt: Alles über etwa 1.5 kW Dauerlast will C19/C20, nicht C13/C14. Ein KI-Knoten mit 4 GPUs und einem Netzteil von 2000–2400 W liegt über dem C13-Nennwert. Ihn über C13 zu versorgen, führt nach vier Monaten im Betrieb zuverlässig zu einem geschmolzenen Steckverbinder, wenn der Übergangswiderstand durch die Temperaturwechsel gestiegen ist.

Eine korrekt spezifizierte KI-Rack-PDU hat reichlich C19-Ausgänge, nicht nur zwei oder drei. Ein gutes Layout für eine vertikale 0U-Einheit mit 24 Ausgängen ist 12× C19 + 12× C13. Manche Hersteller liefern „Combo“-Ausgänge, die C14 oder C20 in derselben Buchse aufnehmen — in Ordnung, kostet nur mehr. Bestellen Sie passende C19-auf-C20-Leitungen (0.9–1.2 m für 0U-PDUs an der Rack-Rückseite). Kaufen Sie drei oder vier Ersatzleitungen — sie verschwinden.

PDU-Nennstrom gegen Stromkreis-Nennstrom

Netz-/Verteilersicherung:      32 A Drehstrom (C-Charakteristik)
Dauerlast (80-%-Regel):        25.6 A je Phase nutzbar
PDU-Nennwert:                  32 A je Phase
Zielsumme Ausgänge je Phase:   ≤ 25 A

Die PDU führt bereitwillig 32 A je Phase, wenn Sie sie lassen. Die vorgelagerte Sicherung löst bei dauerhaften 30 A irgendwann aus — thermisch-magnetische Schutzschalter integrieren die Überlast über viele Minuten. Planen Sie mit 80 %, dann haben Sie Reserve für Einschaltströme und kurze Spitzen. Die eigenen Sicherungen der PDU je Phase sind die zweite Ebene.

SNMP, Modbus, HTTP — die Daten herausbekommen

Eine Switched- und Outlet-Metered-PDU ist so viel wert, wie Ihr Monitoring von ihr sieht.

• SNMP v2c / v3 — die universelle Antwort. Jeder ernsthafte Hersteller veröffentlicht eine MIB; der snmp_exporter von Prometheus liest sie aus. Nutzen Sie v3, wo er unterstützt wird, und v2c in einem Management-VLAN, wo es nicht anders geht. Fragen Sie normalerweise alle 30 s ab, für schnelle Anomalieerkennung alle 10 s.
• Modbus TCP — verbreitet bei industrienah ausgerichteten Herstellern. Weniger standardisiert als SNMP (die Registerbelegung variiert), aber zuverlässig. Für Prometheus gibt es Modbus-Exporter.
• HTTP / JSON REST — moderne intelligente PDUs bringen eine REST-API mit. Einfacher für eigene Integrationen, aber seltener als SNMP.
• Hersteller-Cloud-Apps — nützlich für den schnellen Blick, als produktives Monitoring aber nicht verlässlich.

Der Abgleich von Relaiszustand und Sollzustand ist die unterschätzte Prüfung. Ein Schaltrelais kann in geschlossener Stellung verschweißen (häufiger als in offener). Sie haben Ausgang 5 ausgeschaltet, es fließt weiter Strom — Sie haben ein klemmendes Relais und einen Server, den Sie nicht wirklich zurücksetzen können. Das wollen Sie wissen.

Die ehrliche Einschätzung

Für jedes KI-Server-Rack mit zwei oder mehr Compute-Knoten kaufen Sie Switched + Outlet-Metered. Drehstrom, wenn die Dauerlast über 5 kW liegt und das Gebäude einen Drehstromanschluss hat. Die ATS-Variante nur, wenn Sie nicht redundante Geräte in einem Rack mit zwei Einspeisungen haben.

Die Gründe, eine Stufe tiefer zu gehen, sind eng: Ein einzelner Knoten auf der Laborbank, an dessen Stecker Sie herankommen, ist mit Basic gut bedient; ein oder zwei Knoten im eigenen Gebäude bei knappem Budget können bei Metered stehen bleiben. Produktives KI-Compute, das Sie nicht innerhalb von 15 Minuten erreichen: Switched + Outlet-Metered, ohne Ausnahme.

Der Fehler ist, Basic oder Metered zu kaufen, um €1000 an einem Rack mit GPUs im Wert von über €30k zu sparen. Beim ersten vierstündigen Ausfall, weil Sie einen hängenden Knoten nicht aus der Ferne zurücksetzen können, hat sich das PDU-Upgrade bezahlt gemacht.

Was ausfällt

PDU-Fehlerbilder, die wir gesehen haben, grob nach Häufigkeit sortiert:

• Verschweißtes Relais bei Switched-Geräten. Ausgang ist auf Aus geschaltet, es fließt weiter Strom. Alarmieren Sie bei Abweichung zwischen Relaiszustand und Sollzustand und tauschen Sie das Gerät — Relais heilen nicht.
• Drift der Messung je Ausgang. Günstigere Stromwandler driften nach zwei bis drei Jahren um 5–10 %. Wenn die Kostenweiterbelastung davon abhängt, kalibrieren Sie jährlich nach oder kaufen Geräte mit zugesicherter Genauigkeit über die Lebensdauer (gute Geräte nennen ±1 %).
• Hängender Controller. Messung und Steuerung frieren ein; die Ausgänge führen weiter Strom, aber SNMP verstummt. Die meisten Geräte haben einen Watchdog, der den Controller neu startet, ohne die Ausgänge zu unterbrechen — prüfen Sie, ob Ihres das kann.
• Thermischer Ausfall eines einzelnen Ausgangs. Besonders C13 leidet bei dauerhaften 8–10 A unter steigendem Übergangswiderstand. Gegenmaßnahme: oberhalb von 1.5 kW C19 verwenden und ein stark belastetes Rack quartalsweise mit der Wärmebildkamera prüfen.
• Schleichende Schieflast der Phasen. Bei der Installation ist das Rack ausbalanciert; sechs Monate später hat jemand Geräte auf einer Phase ergänzt. Alarme je Phase fangen das ab, quartalsweise Kontrollen ebenfalls.
• Firmware-Update legt den Controller lahm. Behandeln Sie Firmware-Updates wie jede andere Produktivänderung: Wartungsfenster, zuerst das zweite Gerät, Rollback-Plan bereit.

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