20081112b Dell Green IT im Rechenzentrum

Der weltweite Einsatz von IT erzeugt pro Jahr 600 Millionen Tonnen CO₂. Diese gigantische Emissionsmenge muss für den Klimaschutz reduziert werden. Am einfachsten lässt sich im Rechenzentrum der Stromverbrauch senken.

er in den 1980er und 1990er Jahren von Klimawandel und Energieeinsparungen sprach, wurde als Exote angesehen. Diese Themen galten vielen als vorübergehende Modeerscheinung. Heute wissen wir: Die effektive Ausnutzung von Energie ist eine Notwendigkeit – vom privaten Umfeld über den Verkehr bis hin zum Unternehmensalltag. Speziell die IT muss hier Verantwortung übernehmen und vor allem in den Rechenzentren Energie sparsamer einsetzen.

Der weltweite Energieverbrauch durch Rechenzentren liegt laut einer Studie der Lawrence Berkeley National Laboratories bei über 120 Milliarden Kilowattstunden. Das entspricht einer Stromrechnung von 5,48 Milliarden Euro. Und das ist noch längst nicht das Ende der Fahnenstange: Bis 2010 soll der globale Energiebedarf von Servern um 40 Prozent steigen. Ohne Gegenmaßnahmen würde der durch die Unternehmens-IT verursachte jährliche CO2-Ausstoß allein in Deutschland bis 2020 um 60 Prozent auf dann 31 Millionen Tonnen ansteigen – so errechnete es die Managementberatung A.T. Kearney in ihrem Report »Von Green IT zu Green Business«. In Anbetracht solcher Prognosen sind Unternehmen gefordert, Verantwortung zu übernehmen und sparsamer mit Energie umzugehen. Gerade in Rechenzentren ergeben sich große Einsparpotenziale.

Laut Dell-Analysen im eigenen Rechenzentrum entfällt der größte Anteil am Energieverbrauch auf die Kühlung (41 Prozent), gefolgt von Servern (26 Prozent), Storage-Systemen (15 Prozent) und der Infrastruktur zur Energieverteilung (17 Prozent). Maßnahmen für eine optimierte Kühlung können zu deutlichen Verbesserungen führen. So sollten etwa die sogenannten »Brennpunkte«, an denen die Hitzeentwicklung besonders groß ist, gesondert behandelt werden. Stark kühlungsbedürftiges IT-Equipment kann an einem Ort gruppiert werden, der entsprechend belüftet wird.

Laut Dell-Analysen im eigenen Rechenzentrum entfallen 41 Prozent des Energieverbrauchs auf Leitungsverluste, 28 Prozent auf IT-Equipment und 31 Prozent auf die Klimatiesierung.

Neben der Berücksichtigung der Nutzungsintensität einzelner Systeme, Bauteile und Modulen muss der Hebel nicht zuletzt beim aggregierten Energieverbrauch des gesamten Rechenzentrums angesetzt werden. Im Fokus stehen dabei Kühlung und Klimatisierung. Eingebettet in ein umfassendes Systemmanagement können beispielsweise Sensoren die Luft- und Prozessortemperatur erfassen. Auf dieser Basis lässt sich dann die Geschwindigkeit einzelner Lüfter und die Leistung der Klimaanlage anpassen. Der entscheidende Vorteil: Die Kühlsysteme müssen nicht permanent mit voller Leistung arbeiten. Dadurch lässt sich ohne Beeinträchtigung der Performance deutlich bei den Energiekosten sparen.

Als sehr umweltfreundlich erweist sich die direkte Kühlung, bei der der Kühlluftstrom durch frische Außenluft angereichert wird. Dieses Prinzip nutzt beispielsweise das in Kaiserslautern ansässige Fraunhofer-Institut Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in seinen Computerräumen. Zur Erzeugung von Kälte wird im Sommer ein Blockheizkraftwerk in Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung eingesetzt. Zudem sind die Rack-Schränke, in denen die Server untergebracht sind, an ihrem Kopf mit Schutzschildern ausgestattet, die das Zurückströmen warmer Luft verhindern. Dadurch wird die Luftzirkulation im Serverraum optimiert. Die Kühlung durch Außenluft funktioniert problemlos bis zu 20 Grad Außentemperatur. Durch das innovative Kühlungskonzept müssen auch die Server-Ventilatoren nicht permanent mit voller Leistung arbeiten. So konnte das Fraunhofer-Institut ITWM den Stromverbrauch der Server um circa 30 Prozent reduzieren – Energie, die auch nicht »weggekühlt« werden muss.

Mit Hilfe einer Management-Konsole und verschiedener Kühlmodule lässt sich die Kühlung im Rechenzentrum optimieren. (Quelle: Dell)

Geht man von der Betrachtung des gesamten Rechenzentrums eine Ebene weiter nach unten zum IT-Equipment, zeigen sich die Server mit 63 Prozent als die größten Energieverbraucher. Es folgen Storage-Systeme (22 Prozent) und Kommunikationseinrichtungen (15 Prozent). Innerhalb der Server weisen die CPUs mit 31 Prozent den größten Energieverbrauch auf. Erfahrungen beispielsweise aus dem Rechenzentrum von Dell ergaben, dass eine 10-prozentige Senkung des Energieverbrauchs von Servern immerhin mit einem Rückgang des gesamten Energieverbrauchs um acht Prozent im Rechenzentrum einhergeht. Im Vergleich dazu hat in dem gleichen Umfeld eine ebenfalls 10-prozentige Senkung des Energieverbrauchs bei der Kühlung lediglich zu einem vierprozentigen Rückgang im gesamten Rechenzentrum geführt. Das Beispiel zeigt, dass – abhängig von den konkreten Konfigurationen – die Einsparungen unterschiedlich groß ausfallen.

Wirkungsvoll Energie sparen können Unternehmen, indem sie Server mit dem Energy-Star-Siegel der US-Umweltbehörde Environmental Protection Agency (EPA) einsetzen. 2002 wurde Energy Star durch eine EU-Verordnung offiziell auch in Europa eingeführt. Die Anschaffung dedizierter energiesparender IT lohnt sich immer – besonders, wenn die vorhandenen Server in die Jahre gekommen sind. Zugegeben: Die Anschaffungskosten liegen etwas höher als bei der normalen IT. Dennoch können sich diese Kosten schnell amortisieren, und zwar umso schneller, je teurer Energie wird. Mit stromsparenden Servern hat beispielsweise das Rechenzentrum der deutschen Rentenversicherung Westfalen und Rheinland in Düsseldorf seine monatliche Stromrechnung um rund 5.000 Euro gesenkt, das sind immerhin 60.000 Euro im Jahr. Nach Angaben des Betriebs wurden die geringfügig höheren Anschaffungskosten schon nach kurzer Zeit durch die Einsparungen beim Energieverbrauch kompensiert.

Sind die Server entsprechend ausgestattet, lässt sich ihr Stromverbrauch mit administrativen Mitteln weiter senken, etwa bei Prozessoren, Grafikchipsets und Speicherkomponenten. Aber auch Festplatten bieten Möglichkeiten, Energie einzusparen. So verbrauchen beispielsweise 2,5-Zoll-SAS-Platten rund 30 Prozent weniger Strom als gängige SCSI-Laufwerke. Bei den Prozessoren liefern sowohl AMD mit seiner Enhanced-PowerNow- als auch Intel mit der SpeedStep-Technologie nützliche Beiträge. Intels Quad-Core-Prozessoren der 5400er Serie, wie sie beispielsweise in weit verbreiteten Rack-Servern zum Einsatz kommen, bieten eine hohe Energieeffizienz und Leistungsdichte und sind hervorragend für Umgebungen mit hohen Anforderungen an die Rechenleistung, Hochleistungsarbeitsplätze sowie Virtualisierungsmodelle geeignet. Sie unterstützen die erweiterte Intel-SpeedStep-Technologie. Im Vergleich zur ersten Generation von Quad-Core-Prozessoren bieten sie eine über 30 Prozent höhere Performance je Watt.

Das Pendant zu Intels SpeedStep ist AMDs Enhanced-PowerNow-Technologie, eine Kombination aus Hardware- und Softwarelösung. Betriebssysteme sind damit in der Lage, die Leistung jedes einzelnen Prozessorkerns individuell zu regeln. Ein Computersystem benötigt dadurch nur so viel Energie, wie für die jeweiligen Aufgaben erforderlich sind. Die Stromsparfunktion unterstützt Windows Server 2003/2008 sowie Red Hat Enterprise Linux und Novel SuSE Enterprise Server. Sind die Energiesparfunktionen zur dynamischen Senkung der Taktfrequenz und Core-Spannung aktiviert, lassen sich im Server-Leerlauf deutlich mehr als 20 Prozent des Energieverbrauchs einsparen, in Einzelfällen sollen gar Einsparungen um bis zu 60 Prozent möglich sein.

Der technologische Fortschritt hat seinen Teil dazu beigetragen, dass sich die Virtualisierungstechnologie immer stärker in den Kernbereichen von Servern, Storage-Systemen und Rechenzentren durchsetzt. Da sich mittels Virtualisierung die Zahl der Geräte reduzieren lässt, wird die Auslastung der Systemressourcen optimiert. Multi-Core-Prozessoren, die direkte Unterstützung der Virtualisierung in den CPUs und serielle Technologien bei I/O-Geräten fördern diesen Trend. Komplementär dazu haben sich auch vielfältige Neuerungen im Systemmanagement ergeben, die dazu beitragen, den Energiebedarf besser als bisher steuern zu können.

Kombiniert mit Server- und Speicherkonsolidierung sowie Virtualisierung bietet die optimierte Kühlung und Klimatisierung vielfältige Möglichkeiten, den Energiebedarf zu senken. Derartige Ansätze optimieren die Auslastung der bereits installierten Systeme und können bei gleich bleibender Last und Leistung sogar redundante Systeme eliminieren, die sonst immer parallel mitliefen.

Die dahinter stehende Idee kann problemlos auch auf einzelne Server, Racks und andere Segmente in einem Rechenzentrum übertragen werden. Auch hier sollte es möglich sein, ganze Einheiten außerhalb der Spitzenzeiten in einen Stromsparmodus zu versetzen. Entsprechende Ansätze entwickelt ein Industriekonsortium namens Green Grid, in dem alle wichtigen Server- und Prozessorhersteller mitarbeiten. Green Grid betrachtet aus einer ganzheitlichen Sicht das Rechenzentrum. Eines steht fest: Es lohnt sich in jedem Fall, sparsamer mit Energie umzugehen und dies nicht nur aus Gründen des Umweltschutzes, sondern auch in Anbetracht der stark steigenden Stromkosten.

Messmethoden und Metriken für Energieeffizienz

Lange Zeit fehlten allgemein akzeptierte Messmethoden und Metriken für die Energieeffizienz. In den USA haben sich daher Prozessorhersteller, Serveranbieter und die US-amerikanische Umweltbehörde EPA im Green-Grid-Konsortium zusammengetan, Verfahren, Standards und Technologien zu entwickeln, mit denen die Energieeffizienz in Rechenzentren und IT-Umgebungen verbessert werden soll. Bedeutsam sind hier zwei Kennziffern: Power Usage Effectiveness (PUE) und Data Center Efficiency (DCE). Sowohl PUE als auch DCE verwenden dieselben Messgrößen, nämlich Total Facility Power (Strombedarf von Schaltanlagen, USVs, Kühlaggregaten, Klimaanlagen etc.) und IT Equipment Power (Server, Speichersysteme, Telekommunikationsgeräte etc.) Der PUE-Wert ergibt sich, indem man Total Facility Power durch IT Equipment Power teilt. DCE ist der Kehrwert, also IT Equipment Power geteilt durch Total Facility Power. Zu den weiteren gebräuchlichen Metriken zählen die Energy-to-Acquisition Costs. Ermittelt wird dabei die Relation der Investitionskosten zu den im gesamten Lebenszyklus anfallenden Energiekosten. Diese Kenngröße berücksichtigt neben dem Stromverbrauch auch den Energieverbrauch für die Kühlung.

Energieverbrauchs-Rechner im Internet

Unternehmen können den Energieverbrauch ihrer kompletten IT-Infrastruktur mit Hilfe entsprechender Rechner exakt bestimmen. So stellt beispielsweise Dell unter www.dell.de/energy einen Energiekalkulator zur Verfügung, mit dem sich der voraussichtliche Stromverbrauch, die Emissionen und die Kostenersparnisse kalkulieren lassen.

Der Dell PowerEdge 2950 mit zwei Sockeln und Quad-Core-Intel-Xeon-Prozessoren bietet hohe Leistung, kombiniert mit internen Erweiterungsmöglichkeiten bei gleichzeitiger Rack-Dichte.

Der Dell PowerEdge 6950 ist mit vier Sockeln und Dual-Core-AMD-Opteron-Prozessoren ausgestattet.

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