Grundlagen Green Computing: In den Rechenzentren ergeben sich Sparzwänge, die den Umweltschützern entgegen kommen.

Prozessoren, Kühlungssysteme und Virtualisierung sind die Bausteine eines Grünen Rechenzentrums

Moderne Quadcore-CPUs wie AMDs Barcelona reduzeren den Stromverbrauch

Davon gehen auch die Analysten von Gartner aus, die in ihren Studien voraussagen, dass die Rechenzentren in den nächsten drei Jahren in Bezug auf Energiebedarf und Platzverbrauch an ihre Limits stoßen werden. Das liegt nach Angaben der Experten vor allem an den technischen Entwicklungen, die durch neue Prozessoren im Multi-Core-Design, durch Blade-Server und Virtualisierung die Dichte erheblich nach oben treiben werden.

Dort geht es bei Green-IT nicht um „Rettet unsere Welt für unsere Kinder“. Vielmehr geht es um ganz andere grüne Themen: Senkung von Betriebskosten mit gleichzeitiger Steigerung der Rechenleistung. Dabei handelt es sich um messbare, kurzfristig erzielbare Ergebnisse. Die oberste Priorität hat für die Verantwortlichen in den Unternehmen die Effizienz der Rechenzentren.

Nicht nur Finanzdienstleister mit ihrem riesigen Bedarf an Rechenleistung können von „grüner“ IT profitieren. Unternehmen in jedem Industriezweig, von gemeinnützigen Gesellschaften bis hin zum produzierenden Gewerbe, achten heutzutage viel mehr auf ihre Stromrechnungen. Dies liegt vor allem daran, dass sich - so eine Studie von Jonathan Koomey, Professor am Lawrence Berkeley National Laboratory der Stanford University - die Energiekosten von Servern und Datencentern in den letzten fünf Jahren verdoppelt haben.

Nach Schätzungen der EPA (Environmental Protection Agency) soll sich der Energieverbrauch in den nächsten fünf Jahren auf 100 Milliarden kWh nochmals verdoppeln, wodurch zusätzliche Kosten von 7,4 Milliarden US-Dollar jährlich anfallen. Diese Rechnungen landen dann in den Finanzabteilungen der Unternehmen. Der Druck liegt nun bei den IT-Verantwortlichen, die Kosten zu senken, was selbstverständlich nebenbei auch zu ökologischen Vorteilen führt.

Rechenzentren platzen aus allen Nähten

Die Dichte wird sich nach Angaben von Analysten in den nächsten zehn Jahren verzehnfachen, wodurch der Strombedarf sowohl für den Betrieb als auch die Klimatisierung erheblich nach oben gehen wird. Das gilt vor allem für die Rechenzentren, die bereits seit langem im Betrieb sind und veraltete Technologien einsetzen. Hier werden teilweise bis zu 70 Prozent der Energiekosten für die Klimatisierung eingesetzt.

Das Image zählt

Trotzdem sollten Manager nicht nur ein Auge auf eine energieeffizientere IT werfen. Das Thema Energieverbrauch hat enorm an Bedeutung gewonnen: Alleine die US-Rechenzentren konsumieren in einem Jahr soviel Strom wie fünf Kraftwerke produzieren, sodass die Regierungsbehörden darauf aufmerksam geworden sind und über neue Bestimmungen nachdenken. Gremien aus Regierung und Industrieunternehmen in vielen Ländern versuchen eine klare Norm zu definieren, was einen „grünen“ Computer ausmacht, nach der sich Unternehmen richten können.

Einer dieser neu gegründeten Verbände ist „The Green Grid“. Dieses Konsortium aus IT-Unternehmen und -Fachleuten hat sich zum Ziel gesetzt, den Energieverbrauch in Rechenzentren weltweit zu senken. „The Green Grid“ engagiert sich für die Entwicklung herstellerunabhängiger Standards, Messverfahren, Prozesse und neuer Technologien, deren Einsatz die Energieeffizienz in Rechenzentren weltweit verbessern soll. Unternehmen und IT-Spezialisten, die dazu beitragen wollen, den Energieverbrauch und die Effizienz von Rechenzentren zu optimieren, können die Mitgliedschaft in der Organisation beantragen.

Der Ruf der IT als Klimakiller bei den Umweltorganisationen hat sich bereits stark eingeprägt. Dazu haben Unternehmen wie ebay und Google beigetragen, wobei letzteres mit geschätzten 450.000 Servern zu den absoluten Energiegroßabnehmern gehört. Trotz großer Anstrengungen ist es den IT-Verantwortlichen noch nicht gelungen, den Wirkungsgrad wesentlich zu steigern und den Energieverbrauch zu senken.

Die Diskussion über die globale Erwärmung führt vielfach zu einem Wandel in der öffentlichen Meinung, die sich gegen große Rechenzentren richten könnte oder einem Unternehmen einen Vorteil bringen könnte, das sich „grün“ nennen darf. Viele IT-Anbieter beginnen bereits, Energieeffizienz in ihre Verkaufsstrategien zu integrieren und verwenden ökologie-freundliche Sprüche wie „kohlenstoff-neutrale IT“.

Sparpotential

Die steigende Nachfrage nach Rechen- und Speicherleistung übertrifft noch das Einsparpotential, das die Industrie derzeit erreicht. Dennoch kann bereits jedes einzelne Unternehmen konkret mit dem Einsparen beginnen. Die Kombination aus Multi-Core-Prozessoren, Blades und Virtualisierung schafft leistungsfähige und effiziente Systeme, die weniger Strom benötigen. Der Platzbedarf sinkt, weniger Rechenzentren werden gebraucht. Insbesondere die aufkommenden Blade-Architekturen erhöhen die Packungsdichte in den Racks erheblich. Auf der anderen Seite muss für den Betrieb der vielen CPUs ausreichend Energie auf kleiner Fläche bereitgestellt und zusätzlich noch einmal ungefähr die gleiche Strommenge für die Kühlung der dicht gepackten Rechner spendiert werden.

Grünes Licht

In zu vielen Unternehmen steht die Stromrechnung immer noch auf einem Budget und die IT-Ausrüstung auf einem anderen, sodass die IT-Verantwortlichen sich nicht viel um den Energieverbrauch scheren. Für die Unternehmen, die ihre Wirtschaftsplanung bereichsübergreifend betreiben, gilt es, die nächsten Schritte zur Rechenzentrumsoptimierung durchzuführen: den Einsatz von Servervirtualisierung , Grid-Computing, Multi-Core-Prozessoren, verbesserter Kühlung sowie die „aggressive“ Anwendung von Blade-Servern . Analysten ergänzen diese Checkliste um effizientere Netzgeräte, die den Strom optimal an die Server weiterleiten und um Baumaterialien wie Fliesen mit Luftlöchern, die die Kühlung unterstützen.

Virtualisierung – der Weg aus der Falle

Virtualisierung ist eines der wirksamsten Werkzeuge um kosteneffizientes Green Computing zu betreiben. Durch die Aufteilung von physikalischen Servern in mehrere virtuelle Maschinen, die verschiedene Anwendungen ausführen, können Unternehmen ihre Serverauslastungen steigern und ihre ausgedehnten Serverfarmen verkleinern.

Dieser Ansatz ist derart energiesparend, dass der kalifornische Energieversorger PG & E Unternehmen Rabatte von 300 bis 600 US-Dollar für jeden Server bietet, der mit Hilfe von Sun- oder VMware-Virtualisierungsprodukten eingespart wird. Diese Rabattprogramme vergleichen den Energieverbrauch vorhandener Systeme mit dem Energieverbrauch der Systeme, die nach der Virtualisierung noch im Betrieb sind. Die Erstattungen werden nach Abschluss eines qualifizierenden Serverkonsolidierungsprojekts ausgezahlt und basieren auf der Nettoverringerung in Kilowattstunden, die sich aus dem Projekt ergibt (mit einer Rate von 8 Cent je Kilowattstunde). Der Rabatt liegt bei maximal 4 Millionen US-Dollar oder 50 Prozent der Projektkosten.

Durch das Einrichten einer virtuellen Abstraktionsebene, auf der verschiedene Betriebssysteme und Applikationen laufen, kann ein einzelner Server quasi „geclont“ und so besser ausgelastet werden. Mithilfe der Virtualisierung lassen sich so in der Praxis Leistungseinsparungen um den Faktor drei bis fünf erzielen – bei gleichzeitiger Konsolidierung auf leistungsstarke Mehrprozessorsysteme noch deutlich mehr.

Effizientere Prozessoren

Effizientere Prozessoren sind ein weiteres kritisches Element zur Energieeffizienz, da Intel, Advanced Micro Devices und Sun Microsystems alle stark an einer Optimierung des Stromverbrauchs arbeiten. Während Chip-Hersteller den Fokus bisher ausschließlich auf die Leistung und die GHz gelegt haben, zählt seit kurzem auch die Leistung pro Watt. Sun setzt auf die Leistung von Multi-Core-Chips in den neuen Highend-Servern. Der 32 Thread Niagara 1 Chip „Ultrasparc 1“ verbraucht 60 bis 62 Watt, während der Niagara 2 Chip mit 64 Threads nur noch 80 Watt bei doppelter Leistung benötigt. Als Intel seinen Quadcore-Xeon-Chip einführte, gab der Hersteller an, dass der neue Chip 1,8 Terraflops-Spitzenleistung bei weniger als 10.000 Watt liefern kann. Zum Vergleich: Die Pentium -Chips vor 10 Jahren verbrauchten bei ähnlicher Leistung 800.000 Watt.

Welchen Unterschied können effizientere Prozessoren machen? Das vom Energieministerium finanzierte Plasma Physiklabor der Princeton Universität, reduzierte seinen jährlichen Energieverbrauch für Server und Kühlung um 75 Prozent – von 105.000 US-Dollar in 2003 auf 27.000 US-Dollar letztes Jahr – während die Rechenleistung um das Drei- bis Vierfache gesteigert wurde. Der niedrigere Stromverbrauch bedeutet, dass etwa 28 Tonnen weniger Kohlendioxid erzeugt wurden. Dies wurde durch den Austausch von Clustern mit 200 Servern auf AMD Athlon-Chips durch Sun X2100 Server auf AMD Dual-Core-Opteron-Basis erreicht.

Kühlung in den Rechenzentren

Auch beim Faktor Kühlung findet derzeit ein Umdenken statt. Die Kühlung eines Rechenzentrums hatte bisher eher einen niedrigeren Stellenwert, wird nun aber zum wichtigen Gestaltungskriterium. Denkt man an ein Hotel, würde man die Temperatur auch nicht über ein Thermostat für das ganze Gebäude steuern, sondern in jedem Raum unabhängig regeln. Deshalb ist es auch im Rechenzentrum viel effektiver, abgegrenzte Bereiche je nach der dortigen Wärmeentwicklung zu klimatisieren.

Hier gilt es, den Teufelskreis von mehr Strombedarf, der zu mehr Abwärme führt, die wiederum stromintensiv herunter gekühlt werden muss, zu durchbrechen. Nur mit einem integrierten Gesamtkonzept für Rechenzentrum und Kühlung lassen sich Leistungsanforderungen hinsichtlich Performance, Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit mit energieeffizienter Nutzung der Hardware in Einklang bringen.

In bestehenden Rechenzentren ist die Kühlung oft dreimal so stark ausgelegt wie eigentlich benötigt, oft wegen einer falschen Konstruktion. Manche Rechenzentren sind eher aus ästhetischen Gründen in einer bestimmten Weise gebaut, statt aus Gründen der Effizienz, wie beispielsweise die Anlage von Warm- und Kaltgängen. Wasser- und Flüssigkühlung können enorme Auswirkungen auf die Energieeffizienz haben. Diese Art der Kühlung ist 3.000-mal effizienter als Luftkühlung.