2008 zh GreenIT Gruene IT Newave Energieeffizienz von Rechenzentren
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Energieeffizienz im Mittelpunkt Neue Prioritäten für Rechenzentren Die Leistungsaufnahme eines Servers spielte früher bestenfalls bei der Dimensionierung von Kühlgeräten eine Rolle. Mittlerweile ist die rasche Klimaerwärmung bei allen großen Stromverbrauchern ein Thema, die stetig steigenden Strompreise tun ihr übriges: Energieeffizienz hat sich zum neuen Trend entwickelt.
ie Erfolgsgeschichte des PCs hat viel mit dem leicht ironisch gemeinten Spruch »Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose« zu tun. Gemeint ist, dass die Erzeugung von Kilo- und Megawatt keinen interessiert, solange nur die Kaffeemaschine nach einem Druck auf den Schalter funktioniert. In den letzten 25 Jahren war Stromverbrauch eine kaum beachtete Begleiterscheinung des Siegeszugs von x86 basierten Computern. Ernsthafte Gedanken um Folgen oder Konsequenzen von Grafikkarten mit eigenem Stromanschluss und Prozessorkühlern in Pizzaschachtelgröße machte sich niemand. Das sieht seit einem guten Jahr anders aus. Rasant steigende Stromkosten und ein neu erwachtes Umweltbewusstsein sorgen dafür, dass Firmen und Privatpersonen den Ursprung von elektrischem Strom hinterfragen. Besonders Unternehmen tragen in Sachen Strom eine hohe Verantwortung. Sie sind meist Großverbraucher, dafür sorgt schon das Rechenzentrum mit den heute unvermeidlichen Serverschränken. Der amerikanische Wissenschaftler Jonathan G. Koomey errechnete Anfang 2007 in seiner Studie den durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauch von Servern [1]. Sein Ergebnis: zwischen den Jahren 2000 und 2005 ist der weltweite Stromverbrauch durch Server von 58 Milliarden Kilowattstunden auf 123 Milliarden Kilowattstunden gestiegen. Das sind mehr als 100 Prozent Anstieg innerhalb weniger Jahre, der Stromverbrauch von Servern betrug damit 0,8 Prozent des weltweiten Gesamtstromverbrauchs. Doch die Server und ihre Kühlung machen noch keine 100 Prozent der Gesamtleistung aus, Koomey schätzt, dass es etwa 60 bis 80 Prozent sind, der Rest geht an die übrigen Verbraucher im Rechenzentrum wie Beleuchtung, Löschanlagen, Monitore, Switches und Router. Auf dieser Basis war der gesamte Stromverbrauch der Rechenzentren bereits 2005 für ein Prozent des Weltverbrauchs verantwortlich. Und es geht immer weiter. Nach Zahlen der Marktforscher von IDC steigt die Anzahl der weltweit installierten Server beständig an, 2010 sollen es 43 Millionen installierte Server sein. Interpoliert man den Stromverbrauch mit den bisherigen Zahlen bis zum Jahr 2010, würde sich laut Koomey – ohne Änderungen im Verhalten der Rechenzentrumsbetreiber – ein weiterer Anstieg um 76 Prozent ergeben, weltweit entspricht das einem Verbrauch von 216 Milliarden kWh. Abhilfe gegen den Trend Die Nachfrage nach Serverdienstleistungen wird sicher nicht schrumpfen, immer mehr Wirtschaftszweige nutzen Anwendungen und Dienste der IT immer intensiver aus. Also muss die Schraube am Verbrauch selbst angesetzt werden, die ersten Anzeichen dafür sind Prozessoren und Arbeitsspeicher in speziellen Energiespar-Ausführungen. Das Potenzial ist gigantisch. In einer Studie des Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gGmbH von Dr. Klaus Fichter, werden verschiedene Wege zur Reduzierung des Energieverbrauchs durchgespielt [2]. Die Studie, die im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) erstellt wurde, kommt zu dem Schluss, dass mit zusätzlichen Effizienzsteigerungsmaßnahmen von Seiten der Wirtschaft und der Politik und durch die Anwendung bereits verfügbarer Best-Practice-Lösungen eine Senkung des Stromverbrauchs von nahezu 30 Prozent erzielen lässt. Sollte dieses »Best-Practice«-Szenario zum Einsatz kommen, würde der Stromverbrauch deutscher Rechenzentren bis 2010 deutlich unter den aktuellen Stand sinken. Allerdings ist in der Studie auch ein anderes Szenario zu finden. Der Fall »Aktuelle Effizienz-Trends« beschreibt eine Situation, in der sich die bereits laufenden Effizienztrends fortsetzen, dass aber von Seiten der Politik, der IT-Hersteller und der Betreiber von Rechenzentren keine zusätzlichen Effizienzmaßnahmen ergriffen werden. In diesem Fall wird der Stromverbrauch deutscher Rechenzentren im Zeitraum von 2006 bis 2010 von 8,67 auf 12,88 TWh ansteigen. Dies entspricht einer Zunahme des Stromverbrauchs von 48,5 Prozent. Sicherheit kontra Sparsamkeit Einfach Geräte abschalten ist für Rechenzentren keine Option. Sie sind per se für hohe Verfügbarkeit verantwortlich und müssen ihre Server und deren Dienste mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) gegen Stromausfälle schützen. USVs verbrauchen selbst Energie, leistungsneutrale Geräte gibt es nicht. Doch je höher der Wirkungsgrad der USV ist, desto geringer fällt die Zusatzbelastung für die Energiebilanz aus. USV-Systeme ohne ausgangsseitigen Transformator haben hier die Nase vorn. Sie können mit extrem hohen Wirkungsgraden von 95 Prozent und mehr punkten. Aufgrund der enormen Leistungen, die durch eine USV geschleust werden, die Größenordnungen liegen im Rechenzentrum bei mehreren Megawatt, senkt schon ein Prozent mehr Wirkungsgrad den Stromverbrauch pro Jahr um mehrere Zehntausend Euro. Auch die Art der USV-Dimensionierung spielt eine große Rolle. Soll die USV-Anlage redundant ausgelegt sein, was in den meisten Rechenzentren dem Standard entspricht, muss der Betreiber im Prinzip zwei identische Anlagen aufstellen. Beide laufen, auch wenn im Normalfall nur eine tatsächlich benötigt wird. Ihr Wirkungsgrad liegt am unteren Limit, da maximal 50 Prozent Auslastung erreicht werden. Der Stromverbrauch der Reserve-USV schlägt voll auf die Energiebilanz durch. Bei einer modular aufgebauten USV-Anlage wird dieser Faktor extrem reduziert. Der Schweizer Hersteller Newave ermöglicht mit seinen Conceptpower DPA USVs einen stufenweisen Ausbau. In die Systemschränke passen bis zu fünf Leistungsmodule in einer n+1 Konfiguration. Weil die Module untereinander Load-Sharing betreiben, ist jedes Modul zu jeder Zeit abgesichert, die USV läuft in bei optimaler Auslastung mit einem hohen Wirkungsrad. Das erleichtert auch die Skalierung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen kann der Rechenzentrumsbetreiber mit wenigen Modulen starten und bei Bedarf aufstocken. Der Betrieb einer, für den Vollausbau des Rechenzentrums ausgelegten USV, gehört damit der Vergangenheit an. Blade-Server steigern Leistungsdichte Seit einigen Jahren sind Blade-Server im Rechenzentrum auf dem Vormarsch. Durch die gemeinsame Nutzung von Serverinfrastruktur wie Netzteil und Storage-Switch lassen sich extrem viele Prozessorkerne auf geringem Platz unterbringen. Für die Kühlung und Energieversorgung wird die Situation nicht einfacher. Die hohe Leistungsdichte erfordert noch mehr Kapazität bei den USV-Anlagen, zudem weisen Blade-Server eine kapazitive Lastkennlinie auf. Das bedeutet, dass, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Server, USV-Anlagen leicht überdimensioniert sein müssen, um die identische Leistung bei einem Blade-Server abzusichern. Allerdings sind mittlerweile auch USV-Anlagen wie die Conceptpwer DPA auf dem Markt, die mit den kapazitiven Lastkennlinien umgehen können und den Leistungsbedarf senken. Da die einschubmodularen Newave Systeme über eine extrem hohe Leistungsdichte von 342 kW/m2 verfügen, benötigen sie auch weniger Platz als nicht-modulare Anlagen. Der Raumgewinn erleichtert die passive Kühlung von Servern und USV oder lässt sich nutzen, um mehr Serverschränke auf dem gegebenen Platz unter zu bringen. Fest steht: wer ein Rechenzentrum oder einen Serverraum betreibt, tut gut daran, die Leistungsentwicklung im Auge zu behalten und möglichst effiziente Versorgungstechnologien einzusetzen.
[1] http://enterprise.amd.com/Downloads/svrpwrusecompletefinal.pdf
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