Effizentes Rechenzentrum

Kosten des Serverbetriebs

Energieeffizienz

Effizentes Rechenzentrum

Effizienz im Rechenzentrum ist ein zentraler Aspekt von modernem Ressourcenmanagement. Neben dem ökologischen Aspekt ist ein energiebewusster Umgang auch gleichzeitig kostensparend und nachhaltig. Jüngste Entwicklungen haben dabei gezeigt, dass Einsparungen von bis zu mehr als 100% der Sekundärenergie möglich sind. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen primären Verbrauchern – also den Serversystemen und ähnlichen Geräten wie Netzwerkswitchen – und sekundärem Verlust durch den Aufwand des Betriebs.

Angefangen bei energetisch effizienten Systemen lässt sich bereits ein erheblicher Anteil der Kosten einsparen, wenn moderne und sparsame Geräte eingesetzt werden. Gleichzeitig bieten Virtualisierungsansätze die Möglichkeit Ressourcen optimaler zu nutzen und den Overhead zu reduzieren. Vergleicht man einen heutigen Xeon Prozessor mit einem von vor zwei Generationen kann bei doppelter Leistung die Stromaufnahme sogar noch gesenkt werden. In Konsequenz heißt dies, dass mindestens 50% der Energie gespart wird. Das sind jährlich sehr schnell über 300,00 Euro je Server.

Neben der CPU haben sich auch Arbeitsspeicher, Netzteile und Festplatten massiv weiterentwickelt. Auch diese Komponenten sorgen in zeitgemäßen Servern für einen reduzierten Verbrauch. Im Einzelfall sollte jeweils geprüft werden, wie man das bestmögliche Ergebnis erzielen kann.

Während die primäre Energieaufnahme der Server im Regelfall durch den Kunden bezahlt wird und sich damit sparsame Systeme eher als Nachteil für den Colocation Dienstleister erweisen, ist der Sekundärverbrauch im direkten Verantwortungsbereich. Die wesentlichen Verbraucher sind dabei USV und Klimatisierung. Erstere sollte einen Wirkungsgrad von mindestens 95% aufweisen, also nicht mehr als 5% der Energie verschwenden. Zeitgemäße USV Systeme schaffen derzeit bis zu 96%.

Klimatisierung

In puncto Klimatisierung gibt es erheblich mehr Potential. Zunächst besteht die Möglichkeit der indirekten und direkten Freikühlung – also der Nutzung von Umwelteinflüssen. Indirekte Freikühlung setzt dabei nach wie vor auf einen Kältekreis und erhöht die Temperaturen im Rechenzentrum auf das erträgliche Höchstmaß, um auch bei höheren Außentemperaturen noch ohne mechanische Energie klimatisieren zu können oder zumindest einen Teil der Wärme abgeben zu können. Je nach Auslegung und technischem Fortschritt muss dabei eine erhebliche Differenz zwischen warmer Abluft und kalter Außenluft bestehen. Diese wird ausgenutzt, um die Temperatur des Kühlkreislaufs abzusenken. In der Praxis ist dieses Konzept zwar bereits erheblich sparsamer als reine konventionelle Kühlung, allerdings können leider lediglich 25-35% der Jahresgradstunden effizient genutzt werden.

Weitere Ansätze sind die Nutzung von Grundwasser, Flusswasser oder von Außenluft. Erstere werden mittels Wärmetauscher als kostenlose Kältequellen genutzt – letztere durch direkte Belüftung oder indirekten Luft/Luft Wärmeabtausch. Sämtliche dieser Mechanismen haben ihre Vor- und Nachteile – eine nähere Betrachtung soll jedoch lediglich die direkte Belüftung erfahren.

Wesentlicher Vorteil dieser Form ist eindeutig die Tatsache, dass es keine effizientere Kühlform gibt. Außenluft wird gefiltert und gegebenenfalls mit Innenluft abgemischt, um eine konstante Temperatur zu gewährleisten. In warmen Sommerzeiten muss lediglich die Differenz von Außentemperatur zu Zulufttemperatur gekühlt werden: Möchte man mit 23 Grad Zuluft und 31 Grad Abluft arbeiten, muss erst ab 31 Grad Außentemperatur vollständig mechanisch gekühlt werden. Das ist weit weniger als 1% der Jahresgradstunden in Deutschland. In etwa 10% der Jahresgradstunden muss darüber hinaus teilweise gekühlt werden – also beispielsweise 25 Grad warme Luft auf 23 Grad abgesenkt werden. Daraus ergeben sich Einsparpotentiale von 80-90% im Vergleich zu bestehender Technik. Konventionelle Rechenzentren benötigen bis zu 50% der Primärenergie für die Klimatisierung – mit diesem Konzept lässt sich der Gesamtaufwand auf 5-10% reduzieren: 100kW Serverstrom benötigen 50kW im Altbau – oder alternativ 3kW für die Ventilation und durchschnittlich 2kW für die Kälteerzeugung.

Einsparpotential

Am Anfang dieses Artikels war die Rede von Einsparungen über 100%. Das kann eigentlich gar nicht möglich sein – ist es aber durchaus. Sobald die Abwärme des Rechenzentrums so sinnvoll genutzt wird, dass man für Wärmeherstellung mehr Energie aufwenden muss, als die Produktion dieser Wärme kosten würde, lassen sich auch solche Werte erreichen. Die Nutzung dieser Wärme ist dabei leider sehr eingeschränkt – solange man also keine Fischzucht oder Tulpenfarmen neben seinen Serverschränken betreiben möchte wird dieser Fortschritt noch einiges an Ingenieursleistung erforderlich machen. Dennoch erreichen Rechenzentren auch heute schon PUE Faktoren von 1,05 bis 1,15. Der PUE steht dabei für Power Usage Effectiveness – also den Faktor zwischen Serververbrauch und Gesamtverbrauch.

Erst die Summe aller Faktoren ermöglicht ein effizientes und damit sparsames Rechenzentrum. Angefangen von Licht, über Heizung und überwachung: Potentiale gibt es viele. Die Umsetzung macht dabei den entscheidenden Faktor aus.