Neue Kennzahlen für Rechenzentren aus dem Umweltbundesamt

KPI4DCE vom UBA statt PUE? Schwierig, aber machbar!

| Autor / Redakteur: Dr. Dietmar Müller / Ulrike Ostler

Immer mehr Daten ... Doch die Speicher und Netzwerkkomponenten ziehen nicht den meisten Strom im Rechenzentrum. Das Problem sind etwa die CPUs, die trotz Server-Virtualisierung nur zu einem geringen Teil ausgelastet sind.
Immer mehr Daten ... Doch die Speicher und Netzwerkkomponenten ziehen nicht den meisten Strom im Rechenzentrum. Das Problem sind etwa die CPUs, die trotz Server-Virtualisierung nur zu einem geringen Teil ausgelastet sind. (Bild: © chungking - stock.adobe.com)

Die Kritik am PUE ist allgegenwärtig, doch scheint es bislang kaum Besseres zu geben. Das Umweltbundesamt (UBA) will die Kenngröße durch „KPI4DCE“, Key Performance Indicators for Data Center Efficiency, ersetzen. Dabei wird die IT beziehungsweise deren Effizienz in die Betrachtung miteinbezogen. Und: Das UBA stellt auch ein Tool zur Berechnung sowie Fallbeispiele bereit.

Im Zuge der digitalen Transformation müssen immer größere Datenmengen gespeichert und verarbeitet werden. Das führt zwangsläufig zu immer mehr und immer größeren Rechenzentren, was die Branche unter anderem auf dem „Future-Thinking“-Kongress in Darmstadt jubeln ließ.

Aber das ungeheure Wachstum bringt auch Probleme mit sich, und zwar gewaltige: Ohne Energie- und Ressourcen-effiziente Gestaltung der durch die Digitalisierung ausgelösten Folgeprozesse sind die Ziele zum Klimaschutz nicht erreichbar, und der Bedarf an Rohstoffen wie seltenen Erden wird extrem ansteigen, so Marina Köhn vom UBA. Ihre Arbeitsschwerpunkte bilden die Themen der umwelt- und ressourcenschonenden Informations- und Kommunikationstechnik (IKT).

Wie viele kritisiert auch sie, dass sich die Frage nach der Energie-Effizienz eines Rechenzentrums bislang nicht vollständig beantworten ließ; denn die vorhandenen Kennzahlen für Rechenzentren, allen voran der PUE-Wert, adressieren nur die technischen Versorgungsstrukturen des Rechenzentrums. Kurz: Sie beziehen die IT-Leistung eines Rechenzentrums nicht ein.

(mehr zur PUE-Berechnung siehe etwa: Leitfaden: Berechnung der Effizienz (PUE) in Datacentern

KPI4DCE statt PUE

Köhn stellte auf der Future Thinking in Darmstadt eine Methode vor, mit der es erstmalig möglich sein soll, die Energie- und Ressourceneffizienz eines Rechenzentrums in vollem Umfang beurteilen zu können. Die Berechnungsmethoden beziehen dabei den gesamten Lebenszyklus der zum Einsatz kommenden IT und der technischen Versorgungsstruktur ein.

Ergänzendes zum Thema
 
Interview mit Marina Köhn vom UBA

„Die Kenngröße PUE reicht nicht aus, um verlässliche Aussagen über die Energie- und Ressourceneffizienz eines Rechenzentrums treffen zu können“, so Köhn. „Die bestehenden Ansätze zur Berechnung der Energie-Effizienz von Rechenzentren müssen weiterentwickelt werden, um künftig Aussagen über die Umweltwirkungen von Rechenzentren treffen und Auswirkungen von Maßnahmen richtungssicher beurteilen zu können.“

Tabelle 1 fasst dir von den Rechenzentrumsbetreibern für die Ermittlung der IT-Leistung zu messenden und anzugebenden Parametern zusammen.
Tabelle 1 fasst dir von den Rechenzentrumsbetreibern für die Ermittlung der IT-Leistung zu messenden und anzugebenden Parametern zusammen. (Quelle: Umweltbundesamt)

Schon im Oktober 2015 startete das UBA ein Forschungsprojekt, um Kennzahlen zur ganzheitlichen Beurteilung der Umweltwirkungen von Rechenzentren zu entwickeln, die alle Teilbereiche eines Rechenzentrums umfassen und die die erbrachte IT-Leistung einbeziehen. Folgende zentralen Fragen sollten beantwortet werden:

  • Welchen Nutzen erbringt ein Rechenzentrum?
  • Welche Leistungsindikatoren sind geeignet, um den Nutzen zu ermitteln?
  • Wie hoch ist der Aufwand an Umweltwirkungen eines Rechenzentrums?
  • Welche Umweltindikatoren stehen zur Verfügung?
  • Wie kann die Verknüpfung von Leistungs- und Umweltindikatoren erfolgen?

Die Grundlagen für KPI4DCE

Ende vergangenen Jahres legte das Umweltbundesamt die Ergebnisse der Forschung unter Leitung des Business Engineering Institute St. Gallen vor: Eine neue Berechnungsmethode mit der Bezeichnung KPI4DCE umfasst nun den gesamten Lebenszyklus der Geräte im Rechenzentrum und der technischen Versorgungsstruktur. Darüber hinaus wird die Leistung des Rechenzentrums in Verbindung zu deren Energie- und Rohstoffaufwand gesetzt.

Das Grundmodell für die Ermittlung der Chrarakterisierungsfaktoren basiert auf der CML-Methode, die auf einem Konsens in der Wissenschaft der Ökobilanzierung beruht und vom ILCD-Handbuch ind „Product Environmental Footprint“ (PFE empfohlen wird. …Im Rahmen der Wirkungsabschätzung der UBA-Studie wurden folgende Wirkungsfaktoren betrachtet: Abiotischer Rohstoffverbrauch (ADP), Kumulierter Energieaufwand (KEA), Treibhausgaspotenzial (THG) und Wasserverbrauch.
Das Grundmodell für die Ermittlung der Chrarakterisierungsfaktoren basiert auf der CML-Methode, die auf einem Konsens in der Wissenschaft der Ökobilanzierung beruht und vom ILCD-Handbuch ind „Product Environmental Footprint“ (PFE empfohlen wird. …Im Rahmen der Wirkungsabschätzung der UBA-Studie wurden folgende Wirkungsfaktoren betrachtet: Abiotischer Rohstoffverbrauch (ADP), Kumulierter Energieaufwand (KEA), Treibhausgaspotenzial (THG) und Wasserverbrauch. (Quelle: Umweltbundesamt)

Die Spezifikation der IT-Leistungsindikatoren stützt sich nicht zuletzt auf Benchmark-Daten der Standard Performance Evaluation Council (SPEC) und weiteren Leistungsindikatoren für Speichersysteme und Netzwerk. Diese Leistungsindikatoren werden mit der Auslastung der Systeme in Beziehung gebracht.

Für die Bewertung der Umweltaspekte stehen Wirkungsindikatoren aus der Ökobilanzierung zu Verfügung. Die Daten für die Berechnung der Wirkungsindikatoren kommen aus den Lebenszyklus-Datenbanken "Pro Bas" und „Ecoinvent“. Um die jeweiligen Teilergebnisse zusammenzuführen, wurde ein „MS Excel“-basiertes Berechnungswerkzeug namens KPI4DCE-Tool entwickelt, das die Kennzahlen durch standardisierte Eingaben der Rechenzentrums-Betreiber automatisiert berechnet.

Fazit des Umweltbundesamts zu KPI4DCE

Die größte Herausforderung der praktischen Anwendung des Kennzahlensystems und des KPI4DCE-Tools ist für das UBA die Datenerhebung im Bereich des IT-Monitorings. Es liegen bereits viele Informationen in den IT-Systemen vor, sie werden bisher kaum genutzt, so Köhn gegenüber DataCenter-Insider. Insbesondere für die Server und die externen Speicher gebe es eine Vielzahl von Daten, die bisher nicht für die ganzheitliche Auswertung im Zusammenhang mit der Energie- und Ressourceneffizienz genutzt werden.

Mehr zur Einschätzung des erreichten Status für KPI4DCE, siehe Interview

Die Erfassung von Produktivitätsdaten der Datenspeichersysteme und des Datenverkehrs scheinen für die Betreiber die größten Hürden zu sein. Keines der drei exemplarisch untersuchten Rechenzentren habe alle Daten liefern können. Performance-Messdaten für einzelne Datenspeichersysteme und Netzwerkgeräte seien zwar vorhanden, würden aber fast ausschließlich als Alarmwerte genutzt und nicht kontinuierlich ausgewertet.

Auch Strommessungen auf Ebene einzelner IT-Geräte, um den Strombedarf der Subsysteme Server, Datenspeicher und Netzwerkgeräte trennscharf erfassen zu können, seien in der Regel nicht vorhanden. Derartige Messungen sind jedoch für das UBA bei der Verwendung von intelligenten Power Distribution Units (iPDUs) grundsätzlich möglich.

Tabelle 3 zeigt die Eingabegrößen zur Bilanzierung der Ressourceninanspruchnahme und der Umweltwirkungen eines Rechenzentrums. Der PUE-Wert wird zu einem unter vielen Messgrößen für die Beurteilung der Energie-Effizienz in einem Rechenzentrum.
Tabelle 3 zeigt die Eingabegrößen zur Bilanzierung der Ressourceninanspruchnahme und der Umweltwirkungen eines Rechenzentrums. Der PUE-Wert wird zu einem unter vielen Messgrößen für die Beurteilung der Energie-Effizienz in einem Rechenzentrum. (Bild: Umweltbundesamt)

In der Praxis fehlen valide Daten

Bisher sehen die Datacenter-Betreiber aber keinen konkreten Nutzen in dieser detaillierten Datenerfassung. Der IT-Gesamtstrombedarf wird für die Analyse der Rechenzentrumsbetriebskosten als ausreichend erachtet.

Zudem seien einige Daten für den Ressourcenbedarf der IT-Geräte nicht in den Configuration Management Databases (CMDB) enthalten. Teilweise könnten diese Daten aus den Datenblättern mit großer Genauigkeit ermittelt werden, etwa wenn es um das Gewicht gehe. In vielen Fällen müssten diese Daten aber geschätzt werden, etwa wenn die genaue Konfiguration des IT-Gerätes nicht bekannt ist. Aus Datenblättern gehe wiederum nicht immer hervor, auf welche Konfiguration sich eine Gewichtsangabe bezieht.

Große Herausforderungen habe es auch in Bezug auf die Nutzung des KPI4DCE-Tools gegeben. So sei die Unterscheidung von Datenspeichersystemen und Servern nicht immer eindeutig, der Übergang in der Praxis ist fließend. Datei- und Datenbank-Server beherbergen im Rechenzentrum in der Regel eine Vielzahl von Festplatten und sind damit auch ein Datenspeichersystem.

Den Abschlussbereicht zum Vorhaben KPI4DCE stellt das Umweltbundesamt zum Download bereit.
Den Abschlussbereicht zum Vorhaben KPI4DCE stellt das Umweltbundesamt zum Download bereit. (Bild: Umweltbundesamt)

Der Anfang ist gemacht

Umgekehrt seien Datenspeichersysteme zwar für Speicheraufgaben optimiert, umfassen aber wie die Server auch CPUs und erbringen auch eine gewisse Rechenleistung. Mit diesen und weiteren Fragen der Vereinfachung und Handhabbarkeit will sich das UBA weiter beschäftigen und gemeinsam mit Experten der Rechenzentrumsbranche an Lösungen arbeiten.

Unabhängig davon konnten anhand von drei ausgewählten Rechenzentren der Beweis angetreten werden, dass es möglich ist die Energie- und Ressourcen-Effizienz der Rechenzentrumsleistung zu bilanzieren. Basierend auf den Ergebnissen des Praxistests schließt der Forschungsbericht mit Empfehlungen für die Weiterentwicklung des Umweltzeichens „Blauer Engel“ für Energie-effizienten Rechenzentrumsbetrieb (RAL UZ 161). Und: Ein Forschungsvorhaben für eine Weiterentwicklung des Kennzahlensystems ist bereits ausgeschrieben.

* Dr. Dietmar Müller ist freier Journalist und lebt in Niederbayern.

Was meinen Sie zu diesem Thema?
Das Thema Ressourceninanspruchnahme und Nachhaltigkeit wird im Zusammenhang mit Rechenzentren...  lesen
posted am 18.06.2018 um 12:39 von Unregistriert

Mich interessiert, wo genau ich das Tool des UBA finden kann. Kann mir hier bitte jemand helfen?...  lesen
posted am 18.06.2018 um 09:14 von Unregistriert

Unter den Fachleuten ist schon lange unstrittig, dass der PUE-Wert - vorausgesetzt, er wird nach...  lesen
posted am 13.06.2018 um 08:31 von ThoWeg

Interessanter Artikel ... ich möchte diesen gerne herunterladen und in Ruhe später studieren  lesen
posted am 12.06.2018 um 09:05 von Unregistriert


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