Welche Maßnahmen helfen beim Stromsparen? Die Basics für mehr Energie-Effizienz im Rechenzentrum

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Spätestens seit der Stromkostenexplosion ist Energie-Effizienz ganz oben auf der Agenda von Datacenter-Betreibern. Bereits mit einfachen Schritten können sie Einsparungen erzielen, weiß Benedikt Ernst, Leiter des Bereichs Cloud Advisory von Kyndryl, und gibt Tipps aus der Praxis.

Der Stromhunger der Rechenzentren war lange Zeit ein Thema, das vor allem aus der Umweltperspektive betrachtet wurde. Die Kostenseite war dagegen für die Betreiber weniger relevant, da sie den Strom vergleichsweise günstig beziehen konnten. Das hat sich allerdings inzwischen grundlegend geändert und Energie-Effizienz wird zu einem harten betriebswirtschaftlichen Faktor und Datacenter-Verantwortliche müssen handeln.

Im ersten Schritt ist zunächst eine detaillierte Energie-Effizienzanalyse zu empfehlen, bei der individuell und auf das eigene Rechenzentrum bezogen die baulichen und technischen Möglichkeiten geprüft, analysiert und monetär bewertet werden. Auf dieser Grundlage können Betreiber dann konkret handeln. Dabei gibt es eine ganze Reihe von Standardmaßnahmen, die eigentlich bekannt sind, aber in der Praxis noch immer nicht flächendeckend umgesetzt werden.

Überprüfung der Gebäude-Infrastruktur

Wie bei allen anderen Gebäuden auch spielt bei Rechenzentren die Außenhülle des Gebäudes eine wichtige Rolle für die Energie-Effizienz. Betreiber sollten daher auf ein gutes Energie-Management und ein -Monitoring achten.

Generell sollte die Haustechnik regelmäßig gewartet und auf ihr Energie-Einsparungspotenzial überprüft werden. Besonders gilt das für die Klima-Anlagen, die zu einem großen Teil des Stromverbrauchs beitragen und sehr schnell ineffizient werden können, wenn sie nicht optimal funktionieren.

Eine wichtige Kennzahl zur Überprüfung der Energie-Effizienz ist dabei der so genannte PUE-Wert. Die Power Usage Effectiveness gibt das Verhältnis des Gesamtstrombedarfes eines Rechenzentrums in Relation zum Strombedarf der IT-Infrastruktur an.

Die Kühlung und Strom

Ein weiterer Aspekt ist der Grad der Kühlung. Neue Verfahren und wie das Direct Chip Cooling verspricht viel Optimierungspotenzial. Rechenzentrumsbetreiber sollten in Abstimmung mit ihren Hardwarelieferanten ausloten, welche Toleranzen es für Temperaturanpassung gibt. Bereits wenige Grad Erhöhung können zu signifikanten Energieeinsparungen führen – natürlich immer unter der Voraussetzung, dass dies der Hardware nicht schadet.

So kann beispielsweise durch eine Temperaturerhöhung von ein bis zwei Grad unserer Erfahrung nach eine Einsparung von fünf bis sieben Prozent beim Stromverbrauch erzielt werden. Es gilt also den Freikühlanteil zu optimieren.

Neben diesen Sparmaßnahmen ist auch der richtige Energiemix aus Ökostrom und Ökogas aus Windkraft, Blockheizkraftwerken oder Photovoltaik Anlagen zu prüfen. Betreiber können die Energiewende aber auch noch weitergehend unterstützen, etwa durch die USV-Anlage (unterbrechungsfreie Stromversorgung), über die jedes Rechenzentrum verfügt.

Während dem Regelbetrieb bleiben deren Batterien ungenutzt und können den Netzbetreibern als kurzfristige Flexibilitätsreserve für Regelenergie zur Verfügung gestellt werden, um die Netzfrequenz stabil zu halten. Die Grundfunktion der USV wird durch den Prozess nicht beeinträchtigt und das Rechenzentrum kann durch Kompensationen vom Netzbetreiber Einnahmen erzielen.

Konsolidierung der physischen IT

Der nächste Schritt nach der Gebäudehülle umfasst die Hardware im Rechenzentrum. Da Server den größten Teil des Stromverbrauchs ausmachen (siehe: Statista: „Server sind Stromverbraucher Nummer eins in der IT“, bietet sich hier auch ein besonders großes Einsparpotenzial. Dazu müssen Betreiber die eigene Infrastruktur allerdings sehr genau kennen, was bedeutet, dass umfangreiche Analysen der Hardware-Situation am Anfang stehen. Nur so kann es gelingen, so genannte Zombie-Server zu identifizieren, die noch in Betrieb sind, obwohl auf ihnen gar keine produktiven Anwendungen mehr laufen.

Bisher wurde dieser Mehrverbrauch von Energie oft in Kauf genommen, um sich den zusätzlichen Aufwand für umfangreiche Analysen zu ersparen. Mit den Energiekosten von heute ist dieses Vorgehen allerdings nicht mehr zu rechtfertigen. Stattdessen sollten IT-Teams genau prüfen, welche Server sie gefahrlos dekommissionieren können. Der Arbeitsaufwand wird sich durch Stromeinsparungen bezahlt machen.

Doch auch bei Servern, die nicht komplett abgeschaltet werden, können Einsparungen der Betriebskosten erzielt werden. Häufig werden diese standardmäßig mit der höchstmöglichen Taktrate betrieben, ohne Rücksicht auf die darauf laufenden Anwendungen zu nehmen. Dadurch ergibt sich oft die Situation, dass die Taktrate der Rechner wesentlich höher ist als die tatsächliche Anforderung der Anwendungen.

Um dieses Problem zu lösen, müssen Betreiber jeden Server und die darauf betriebenen Anwendungen individuell prüfen. Das bedeutet zwar einen gewissen Aufwand, birgt aber auch erhebliches Potenzial für Einsparungen.

Konsequente Virtualisierung

Nicht zuletzt sollten Betreiber von Rechenzentren prüfen, inwiefern es sich lohnt, den Austausch von Hardware-Komponenten vorzuziehen. Schließlich arbeiten neuere Geräte in der Regel immer effizienter.

Auch wenn Virtualisierung allgemein bekannt und längst kein neues Konzept mehr ist, gibt es in der Anwendungsbereitstellung immer noch große Ineffizienzen durch physisch getrennte Systeme für verschiedene Anwendungen. Diese Rechner sind dadurch praktisch nie voll ausgelastet, verbrauchen allerdings fast genauso so viel Strom wie unter Volllast.

Die Virtualisierung und der Betrieb auf VMs, die auf wenigen, gut ausgelasteten Servern laufen, bieten erhebliche Potenziale zur Einsparung. In virtualisierten Umgebungen lassen sich Ressourcen zudem leichter in die Cloud auslagern. Betreiber sollten vor diesem Hintergund auch prüfen, ob sie durch die Kooperation mit Hyperscalern Energie-Einsparungen erzielen können.

Neue Energiekonzepte

Ausgeglichene und nachhaltige Energiekonzepte sind im Kontext eines „grünen“ Rechenzentrums vom Entwurf bis zum Betrieb eines Datacenter zu berücksichtigen. Wichtige Konstruktionsmerkmale, beispielsweise der Strom und Wasserverbrauch aber auch der CO₂ Ausstoß der verwenden Materialien, sind ebenfalls mit zu berücksichtigen.

Auch lohnt es sich, Innovationen in Sachen Kühlung zu evaluieren. Wasserkühlung arbeitet in der Regel sparsamer als die heute vorherrschende Luftkühlung und die Abwärme lässt sich dabei wesentlich besser nutzen. Kühlsysteme nach dem Prinzip der Absorptionskältemaschine befinden sich bereits in Erprobung (siehe Artikel „Hotfiad-Projekt vor dem Abschluss Abwärme aus den Rechenzentren für Kälte und mehr“. Dieser Ansatz ist deshalb interessant, weil dabei Abwärme zur Kühlung genutzt werden kann. Was zunächst paradox klingt, könnte einen weiteren Beitrag zum Energiesparen leisten.

Hotfiad-Projekt vor dem Abschluss

Abwärme aus den Rechenzentren für Kälte und mehr

Insgesamt lassen sich durch die Kombination der verschiedenen Maßnahmen erfahrungsgemäß Einsparungen von bis zu 15 Prozent erzielen. Das schlägt sich in der aktuellen Lage direkt auch finanziell nieder und kein Rechenzentrum sollte dieses Potenzial ungenutzt lassen.

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