Supermicro untersucht ökologische Nachhaltigkeit der Datacenter

Wie Cloud-fähige Rechenzentren die Umwelt belasten

| Autor: Elke Witmer-Goßner

Mithilfe ressourcensparender Designs lassen sich die Gesamtbetriebskosten von Rechenzentren und somit die Umweltbelastung verringern.
Mithilfe ressourcensparender Designs lassen sich die Gesamtbetriebskosten von Rechenzentren und somit die Umweltbelastung verringern. (Bild: gemeinfrei / Dokumol - Pixabay / CC0)

Milliarden und Abermilliarden Kilowattstunden Strom verschlingen alle Services, die heute via Internet und aus der Cloud genutzt werden. Damit wird auch unsere Atmosphäre zusätzlich belastet: Die Umweltorganisation Greenpeace warnt schon seit Jahren, dass der Betrieb von Computern, Servern sowie IT-Services jährlich genauso viel belastendes Treibhausgas produziert, wie der gesamte Flugverkehr weltweit.

Rechenzentren machen heute drei Prozent der weltweiten Stromversorgung aus und verbrauchen mehr Strom als beispielsweise das gesamte Vereinigte Königreich zusammen. Außerdem verursachen sie zwei Prozent der globalen Treibhausgasemissionen. Elektronikschrott (E-Waste) ist ein weiteres Nebenprodukt, wenn Rechenzentren technisch erneuert werden.

Laut einem kürzlich erschienenen Bericht der US-amerikanischen Environmental Protection Agency entfallen auf Elektroschrott insgesamt zwei Prozent der festen und 70 Prozent der giftigen Abfälle. Aktuell berücksichtigen Rechenzentrumsbetreiber nur die Total Cost of Ownership (TCO), die Investitions- und Betriebskosten bewertet, um den Erfolg und die Effektivität ihres Anlagendesigns zu messen.

Was die TCO übersieht, ist die Auswirkung, die Rechenzentren auf die Umwelt haben – die Total Cost of Energy (TCE) beziehungsweise die Gesamtkosten für die Umwelt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den TCE zu verbessern, durch aussagekräftigere Daten, zentrale Energieeffizienz, die Einsparung von Ressourcen und das Bestreben zur Eliminierung von Elektroschrott.

Wachstum versus Umweltverträglichkeit

Das rapide Wachstum großer Rechenzentren bringt also sowohl geschäftliche als auch umwelttechnische Herausforderungen für Manager von Rechenzentren mit sich. Super Micro Computer hat hierzu Anfang des Jahres den Bericht „Data Centers and The Environment“ veröffentlicht, der Rechenzentrumsleitern ein besseres Verständnis der Industrienormen zur Umweltbelastung vermitteln, quantitative Peergroup-Vergleiche liefern und ihnen letztendlich dabei helfen soll, die Umweltbelastung durch ihre Rechenzentren zu verringern.

Im Auftrag von Supermicro wertete Informa Engage mehr als 1.200 ausgefüllte Fragebogen aus. 361 Umfrageteilnehmer sind IT-Entscheidungsträger und damit direkt an der Auswahl und Verwaltung der Rechenzentren in ihren Unternehmen beteiligt. 42 Prozent betreiben eigene Rechenzentren, 33 Prozent nutzen ein Hybridmodell und 25 Prozent eine Rechenzentrumslösung, die ausschließlich durch einen Cloud Service Provider oder einen Drittanbieter verwaltet werden.

Umweltfaktoren fehlen in der Bilanz

Der Bericht betont, wie wichtig es sei, dass IT-Manager die effektive Umweltbelastung durch Rechenzentren quantifizieren und Möglichkeiten finden, diese Belastung erheblich zu reduzieren. 43 Prozent der Umfrageteilnehmer gaben an, dass sie derzeit keine interne Umweltschutzrichtlinie in ihren Unternehmen haben. Die Hälfte beabsichtigt auch nicht, in absehbarer Zeit eine solche Richtlinie zu etablieren. Sie nannten zu hohe Kosten (29 Prozent), mangelnde Ressourcen sowie das nötige Verständnis (27 Prozent) und generell die Umwelt als eher unwichtiges Thema (14 Prozent) als Gründe für das geringe Interesse an Umweltfragen.

Immerhin verfügt bereits mehr als die Hälfte der befragten IT-Entscheidungsträger (58 Prozent) über eine Umweltrichtlinie in ihren Unternehmen. Aber nur ein knappes Drittel (28 Prozent) der Teilnehmer berücksichtigt Umweltfaktoren bei der Auswahl ihrer Rechenzentrumstechnologie. Zudem gaben nur 9 Prozent die Energie-Effizienz als Hauptfaktor in der Designstrategie für ihre Rechenzentren an.

Faktoren wie Sicherheit (36 Prozent), Leistung (27 Prozent) und Konnektivität (10 Prozent) haben erste Priorität. Bei der Umsetzung des eigentlichen Rechenzentrumsdesigns hielten 59 Prozent der Befragten die Energieeffizienz jedoch für „extrem wichtig“ oder „wichtig“, übertroffen von technologischen Überlegungen in den Bereichen Wartungsfreundlichkeit (74 Prozent) und verlängerte Produktlebensdauer (65 Prozent).

Als einer der wichtigsten Kennzahlen zur Berechnung des effizienten Energieverbrauchs hat sich die Power Usage Effectiveness (PUE) als Verhältnis der Gesamtenergie, die von einer Rechenzentrumseinrichtung verbraucht wird, zu der Energie, die an die IT-Ausrüstung geliefert wird, entwickelt. Das US-Energieministerium gibt an, dass die heutige durchschnittliche PUE im Rechenzentrum etwa 1,6 beträgt, aber laut IDC haben über zwei Drittel der US-Unternehmensrechenzentren eine PUE von über 2,0.

Tatsächlich messen mehr als die Hälfte der Umfrageteilnehmer noch immer nicht den PUE-Wert, d.h. das Verhältnis zwischen dem Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums und der Energie-Aufnahme der IT-Geräte. Unter den Unternehmen, die den PUE-Wert messen, haben 22 Prozent einen durchschnittlichen Rechenzentrums-PUE von 2,0 oder höher und nur 6 Prozent liegen im Idealbereich zwischen 1,0 und 1,19.

Ressourcenschonendes Design für Datacenter

Die Umgebungskontrolle ist ein Hebel zur Anpassung des Energieverbrauchs im Rechenzentrum. Dies geschieht zum Beispiel durch den Betrieb des Rechenzentrums bei höheren Temperaturen, um die Belastung der Heiz-, Lüftungs- und Klimatechnik zu verringern und letztlich den Energieverbrauch und die relativen Kosten zu senken. Die meisten Rechenzentren (43 Prozent) werden mit einer Temperatur zwischen 21Grad und 24 Grad betrieben.

Basierend auf den neuesten Fortschritten in der Servertechnologie können aber viele Systeme mit optimiertem thermischem Design mit Freiluftkühlung bei Umgebungstemperaturen bis zu 40 Grad ohne Kompromisse an Leistung oder Zuverlässigkeit in Betrieb sein. Durch den Einsatz thermisch-optimierter Systeme könnten viele Rechenzentren also ihre PUE-Leistung verbessern und zudem Geld sparen, indem sie die Umgebungstemperatur ihrer Geräte erhöhen.

Rechenzentren können zudem ihren Energieverbrauch kontrollieren, indem sie ihre Systeme regelmäßig auf neuere Technologien mit geringerem Stromverbrauch aktualisieren. Die Verbesserung der Energieeffizienz durch die Senkung des Stromverbrauchs spart Unternehmen Millionen von Gesamtenergiekosten. Die Supermicro-Umfrage ergab, dass fast die Hälfte der Rechenzentren ihre Systeme alle zwei Jahre aktualisieren. Weitere 28 Prozent modernisieren alle vier bis fünf Jahre. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Systeme jedes Jahr aktualisiert werden, steigt mit der Größe des Rechenzentrumbetreibers.

Disaggregation spart Hardware-Refresh-Kosten

Ein Komplettaustausch der technischen Komponenten ist nicht immer notwendig. Der Austausch der Serversysteme und Server-Subsysteme wie Speicher, Lüfter, Netzteile oder Gehäuse sollte abhängig vom jeweiligen Lebenszyklus in Raten erfolgen. Im Allgemeinen verbessert sich die Rechen- und Speichermodultechnologie alle ein bis zwei Jahre, während ein gut konstruiertes Netzteil zehn Jahre und mehr halten kann.

Durch Disaggregation, zum Beispiel durch Aufschlüsselung der Gesamtverbrauchsdaten und Zerlegung in kleinere Einheiten zur Ermittlung des Verbrauchs einzelner Geräte-Einheiten – lässt sich die Haltbarkeit der Komponenten und damit der Aktualisierungszyklus ableiten. In Folge reduziert sich nicht nur die Investition in Neugeräte, sondern auch allgemein der anfallende Elektroschrott aus Server-, Speicher- und Netzwerkgeräten.

Schätzungsweise 20 bis 50 Millionen Tonnen Elektroschrott werden weltweit jedes Jahr entsorgt. Schwermetalle und andere gefährliche Stoffe landen auf den Deponien. Werden weiterhin keine oder zu wenig Maßnahmen dagegen ergriffen, wird der Berg an Elektroschrott jedes Jahr um acht Prozent wachsen, so die Erwartungen. Supermicro hat daher die Umfrageteilnehmer auch zu den Recycling-Verfahren in ihren Rechenzentren befragt.

Viele nutzen mehrere Möglichkeiten, Altgeräte zu entsorgen. Sie liefern beispielsweise Elektroschrott an Recyclingunternehmen, verwenden ältere Hardware im Unternehmen weiter oder Verkaufen die Hardware. Positiv ist: Nur eines von zehn Unternehmen hat noch gar kein Recycling-Programm zur Minimierung elektronischer Abfälle eingerichtet. 12 Prozent der Umfrageteilnehmer verzichten noch immer auf das Systemrecycling mit der Begründung, dass der Prozess zu zeitaufwändig oder kostspielig sei. Einige hätten auch Probleme, einen geeigneten Partner für die Entsorgung des Elektroschrotts zu finden.

Die Macht der vierten industriellen Revolution nutzen

Supermicro unterstützt zusammen mit anderen Unternehmen die Step Up Declaration des Global Climate Action Summit 2018. Die Allianz will zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen in allen Wirtschaftsbereichen beitragen unter Nutzung innovativer Technologien und der Gesamtkostenberechnung, die Berücksichtigung ökologischer Maßnahmen berücksichtigt (TCE). „Die Ergebnisse dieser Studie sollten das Gespräch in der IT-Industrie auf die Umweltbelastung durch Rechenzentren bringen“, sagt Charles Liang, Präsident und CEO von Supermicro.

Sein Unternehmen hat eine Gesamtarchitektur eingeführt, die die Stromversorgung, Kühlung, gemeinsame Ressourcen und Aktualisierungszyklen im Rechenzentrum verbessert. Dieser Ansatz sieht die Wiederverwendung von Systemgehäusen, die modulare Aktualisierung von Subsystemen und die Verwendung optimierter Subsysteme mit verlängerter Lebensdauer vor.

Durch die Disaggregation von CPU und Speicher kann jede Ressource unabhängig voneinander aktualisiert werden, so dass Rechenzentren die Kosten für den Aktualisierungszyklus reduzieren können. Supermicro fordert die Industrie auf, disaggregierte, ressourcenschonende Lösungen in ihre Pläne zur Rechenzentrumsentwicklung einzubeziehen, mit dem Ziel den durchschnittlichen PUE auf 1,30 und den E-Müll bis 2015 zu reduzieren.

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