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Donnerstag, 21. September 2017, Ausgabe Nr. 38

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Rechenzentren

Effiziente Kühlung allein reicht nicht mehr

Von Ariane Rüdiger | 18. September 2015 | Ausgabe 38

Bisher ging es beim Thema Energieeffizienz von Rechenzentren vor allem um effiziente Kühlung. Diese wird mittlerweile zur Selbstverständlichkeit – neue Sparideen setzen in anderen Bereichen an.

PUE BU
Foto: Billerbeck

Kühlwasserkreislauf in einem Rechenzentrum: Bei der Kühlung sind heute kaum noch Effizienzsteigerungen möglich.

PUE (Power Usage Effectiveness) hieß lange der wichtigste Parameter, an dem die Energieeffizienz von Rechenzentren (RZ) gemessen wurde. Er beschreibt, grob gesagt, das Verhältnis der Rechen- zur Kühlenergie. Ein PUE von 2 bedeutet, dass die Hälfte der Gesamtenergie für Kühlen und Klimatisieren draufgeht.

Inzwischen schaffen Rechenzentrumsneubauten dank moderner Methoden oft PUE-Werte von 1,2 oder darunter, und auch im Altbestand sinken die Werte stetig. Doch der Strombedarf der IT steigt weiter – die meisten Fachleute gehen derzeit davon aus, dass Rechenzentren 2,5 % bis 3 % der weltweit erzeugten elektrischen Energie verbrauchen. Betrachtet man die gesamte IT inklusive Kommunikation und Endgeräten sind es vermutlich schon 10 %, Tendenz steigend. So schätzte zumindest André Rouyer vom französischen Industrieverband Gimélec auf der Kongressmesse Datacloud Europe in Monaco.

Was also tun, um Rechenzentren energieeffizienter zu gestalten und ihren Kohlendioxidausstoß zu senken? Eine Möglichkeit ist die Wiederverwendung von Abwärme. Das hat allerdings seine Tücken: Bei einem niedrigen PUE-Wert ist kaum noch Abwärme verfügbar. Oft hat das Kühlmedium am Rücklauf aus dem RZ Temperaturen unter 30 °C. Das reicht fürs Heizen nicht mehr, weil die Vorlauftemperatur der Heizung unterschritten wird. „Wenn man die Abwärme nutzen will, muss man deshalb unter Umständen den PUE-Wert erhöhen“, erklärte Ian Bitterlin, Berater bei Critical Facilities Consulting.

Höhere Effizienz und weniger Kohlendioxidausstoß erreiche man auch durch höhere Auslastung aller Systeme im RZ, erläuterte Jakob Carnemark, CEO des RZ-Betreibers Aligned Energy. Fachleute schätzen, dass der Auslastungsgrad der Infrastruktur in Rechenzentren heute nur zwischen 10 % und 30 % liege, maximal erreiche er 40 %. Ineffiziente Nutzung von RZ-Infrastruktur und IT-Systemen neutralisiert oder überkompensiert gegebenenfalls sogar den Einsatz erneuerbarer Energien, so eine viel zitierte Veröffentlichung von Eric Masanet, Arman Shehabi und Jon Koomey aus dem Jahr 2013. Nötig sind also weiterhin Virtualisierung, Erhöhung der Auslastung pro System und ein effektives Energiemanagement der IT-Systeme.

Energetisch ungünstig sind vor allem aus Sicherheitsgründen doppelt und dreifach ausgelegte physische Infrastrukturen, die synchron laufen. Der Energiebedarf eines Rechenzentrums steigt bei einfacher Vollredundanz naturgemäß auf das Doppelte.

Dagegen helfen Konzepte, die Sicherheit gegen Effizienz abwägen: So kann man statt Vollredundanz bei sicherheitsrelevanten Komponenten einen n+1-Ansatz wählen. Dann steht von mehreren gleichartigen und miteinander vernetzten Komponenten, z. B. Generatoren, eine dafür bereit, Ausfälle abzufangen, bis die defekte repariert oder ausgewechselt wird. Mit diesem und ähnlichen Konzepten seien, so schätzen Fachleute, noch immer Sicherheitsgrade erreichbar, die für viele Anwendungen genügten, aber erheblich billiger seien und Strom sparten.

Modulare Rechenzentrumsarchitekturen verfolgen einen ähnlichen Ansatz. Hier werden keine Überkapazitäten vorgehalten, die möglicherweise am Ende niemand benötigt. Man beginnt mit kleinen Einheiten, die oft das gesamte Funktionsspektrum vom Rechnerraum bis zur Kühlung und Klimatisierung für eine begrenzte Kapazität bereithalten, und fügt neue hinzu, wenn der Bedarf steigt.

Ein anderer Ansatz liegt darin, die Rechenzentren einer Region als Gesamtsystem zu denken, wie es Smart-City-Konzepte vorschlagen. Sie setzen voraus, dass sich Cloud-Computing und der Bezug von Software als Service weiter durchsetzen. Sinnvoll wäre es danach, dem Wildwuchs des am individuellen Bedarf einzelner Firmen folgenden Aufbaus von Rechenzentren eine auf eine Region bezogene Gesamtplanung entgegenzusetzen.

In Monaco stellte Mattias Fridström, Vice President Technology bei Teliasonera International Carrier, ein solches Konzept vor. Es kombiniert mehrere zentrale Hyper-Rechenzentren mit näher am Anwender gelegenen, kleineren Infrastrukturen für den lokalen Verarbeitungs- und Zwischenspeicherbedarf. Der Kommunikationsaufwand und der lokale Energieverbrauch sinken, da viele Daten von dem nahe gelegenen, kleineren RZ bereitgestellt werden.

Noch weiter geht Christian Belady, der für Microsofts RZ-Infrastruktur verantwortlich ist: „Wir wollen, dass das Thema Redundanz komplett von der Software übernommen wird.“ So will Microsoft höchste Effizienz durch eine komplette Softwaresteuerung des RZ erreichen. Fällt eine Komponente aus, verteilt die Software die Last woanders hin und das Teil wird ausgewechselt.

Microsoft hat auch einen Prototyp eines Racks mit integrierter Brennstoffzelle zum Patent angemeldet, so dass die Strominfrastruktur in einem RZ mit diesen Racks komplett wegfallen könnte. Wie allerdings der Brennstoff in die Zelle kommen soll, ließ Belady offen.

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