Rechenzentrumsbetreiber machen sich zunehmend Gedanken über den Energieverbrauch ihrer Einrichtungen. Sie wollen sowohl sparen als auch den Forderungen nach "grüner IT" gerecht werden. Das ist oft eine echte Herausforderung.
Das IT-Marktforschungs- und Beratungsunternehmen Gartner hat analysiert, dass Rechenzentren für ungefähr ein Viertel der CO2-Emissionen der gesamten Informations- und Telekommunikationstechnologie (ITK) verantwortlich sind. Hauptsächlich entsteht dieser Ausstoß aufgrund des hohen Energie- und Kühlungsbedarfs.
Dies bestätigt auch Konkurrent IDC. Nach deren Einschätzung verschlingt ein Durchschnittsserver derzeit etwa 400 Watt – viermal so viel wie noch vor zehn Jahren. Zugleich hat sich in diesem Zeitraum die Serverdichte von sieben auf 14 Server pro Rack verdoppelt. Der Grund: Serversysteme wurden vom Tower über die Pizzabox zum Blade-System immer kompakter und zugleich billiger.
Ausschlaggebend für die Effizienz der gesamten Serverlandschaft ist die effektive Auslastung. Ziel ist es, die Systeme skalierbar zu machen, indem Kapazitäten je nach Bedarf hinzugeschaltet werden können. Skalierbarkeit lässt sich beispielsweise durch Power-Management erzielen. Diese Technologie erlaubt ein dynamisches Ab- und Anschalten vor allem der Web- und Applikationsserver zu verkehrsarmen Zeiten, etwa nachts. Diese auf den ersten Blick einfache Technologie wird jedoch von den Unternehmen bisher nur wenig nachgefragt, da die Anwender sich Sorgen um die Zuverlässigkeit, Stabilität und Sicherheit im Rechenzentrum machen.
Aktuelle Server-Architekturen sind auf Basis neuer Technologien so konzipiert, dass sie helfen können, den Stromverbrauch zu senken. Dabei müssen IT-Verantwortliche die verschiedenen Komponenten des Rechenzentrums im Zusammenhang betrachten – angefangen bei der Architektur des Rechenzentrums über die Server-Ebene bis zur Komponenten-Ebene.
Auf der Server-Ebene spielen Blades und Mainframe-Rechner für die Energieeffizienz eine tragende Rolle. Der Nutzen der Blade-Server liegt nicht nur in der kompakten Bauweise, die eine Unterbringung höchster Rechenkraft auf engstem Raum erlaubt, sondern auch im optimierten Stromverbrauch durch das besonders effiziente Design. Wenn der Energieverbrauch bei maximaler Auslastung als Vergleichsbasis herangezogen wird, liegen die Einsparungen im Vergleich zu traditionellen Architekturen bei bis zu 18 Prozent für Blade-Server mit AMD Opteron und bis zu 13 Prozent bei den auf Intels Xeon basierenden Systemen. Wichtige Innovationen in der Blade-Architektur sind außerdem eine gemeinsam genutzte Stromversorgung mit energieeffizienten Netzteilen, um Spitzenleistung auch unter Niedrigstrombedingungen zu erzielen.
Allerdings verursacht die hohe Prozessordichte im Blade-Chassis eine extrem große Abwärme. Deshalb werden heute schon neue Technologien wie die kalibrierte Vektor-Kühlung eingesetzt. Diese Kühlung, die für jede Komponente zwei Belüftungswege vorsieht, erhöht die Verfügbarkeit und Lebenszeit der Komponenten, reduziert aber auch überflüssige Luftbewegungen.
Ein weiterer Ansatz zur Energieeffizienz auf Server-Ebene besteht darin, mit Hilfe von Mainframe-Umgebungen ganze Server einzusparen. Da Mainframesysteme in der Lage sind, Workloads aus den unterschiedlichsten heterogenen Umgebungen zu verarbeiten, bieten sich neue, äußerst sinnvolle Möglichkeiten für die Serverkonsolidierung.
Dabei spielt die klassische Virtualisierungsfähigkeit von Mainframes eine besonders wichtige Rolle. Durch Virtualisierung werden die einzelnen Systemressourcen des Mainframes, wie Verarbeitungszyklen, Netzwerke und Speicher, auf viele "virtuelle" Server aufgeteilt. Jeder dieser virtuellen Server funktioniert wie eine reale, physische Maschine. Die Partition nutzt dabei jeweils nur einen kleinen Teil des Mainframes.
Dies ist der erste Schritt auf dem Weg zur Vereinfachung der Infrastruktur, insbesondere deshalb, weil Linux-Umgebungen umfassend unterstützt werden. Im Gegensatz zu vielen kleinen Servern, die im Durchschnitt nur zu zehn bis 20 Prozent ausgelastet sind, nähern sich Mainframes langfristig einem Auslastungsgrad von bis zu 95 Prozent an. Das bedeutet, dass die konsumierte Energie zu einem maximalen Anteil für Transaktionsprozesse verwendet werden kann, die für diese Umgebung typisch sind.
Mainframes sind besonders für größere Unternehmen eine Option und eignen sich vor allem für die hosttypischen Transaktionsverarbeitung und für Anwendungen mit periodisch variierenden Workloads. Aber auch für mittelgroße Unternehmen gibt es bereits Mainframe-Rechner, die über flexible Wachstums- und Upgradeoptionen verfügen.
Vor allem Speicherressourcen, die laut IDC um 50 Prozent pro Jahr anwachsen, benötigen den Großteil der Energie eines Rechenzentrums, in manchen Fällen sogar dreizehnmal mehr als alle Prozessoren zusammen. Die Auslastung der Speicherressourcen beträgt oft nur rund 25 Prozent, was letztlich die gesamte IT-Umgebung schwächt.
Ein Beispiel dafür ist die Speichervirtualisierung, die multiple Arrays von unterschiedlichen Anbietern in einen einzigen virtuellen Speicher integrieren kann. Eine Senkung der Energiekosten kann dabei die Gesamtbetriebskosten reduzieren.
Da immer mehr Kunden wichtige Daten langfristig abspeichern müssen, steigen auch die damit verbundenen Energiekosten. Die Speichervirtualisierung kann die Auslastungsrate von 25 Prozent auf 60 Prozent und mehr anheben und so Energie sparen.
Unter den für grüne Rechenzentren engagierten Herstellern sind drei der ganz Großen mit interessanten Projekten vertreten. Es handelt sich um IBM, HP und Sun.
IBM-Projekt "Big Green":
IBM hat in den letzten zehn Jahren seine damals 155 Rechenzentren auf sieben reduziert. Und diese Entwicklung wird weiter vorangetrieben. Aktuelles Beispiel ist die geplante Konsolidierung von 3900 Servern auf etwa 30 System-z-Großrechner mit Linux.
Diese Initiative ist Teil des Projekts "Big Green", einer Kampagne, die das Unternehmen im Mai 2007 ins Leben gerufen hatte, um den Energieverbrauch in Rechenzentren zu reduzieren und damit die Energiekosten für das Unternehmen spürbar - um bis zu 80 Prozent - zu senken. Interne Berechnungen zeigen, dass durch die Konsolidierung der Server allein bei IBM die durchschnittliche Strommenge einer Kleinstadt eingespart werden kann.
HP setzt auf Blades und Management:
Eine der jüngsten Entwicklungen aus den HP Labs ist HP Dynamic Smart Cooling (DSC), eine Energie-Management-Lösung, die für deutliche Energie-Einsparungen bei der Kühlung von Server-Räumen und Rechenzentren sorgt. Sie basiert auf einer Software in einem intelligenten Kontrollknoten, der die Leistung der Klimaanlage kontinuierlich an den tatsächlichen Bedarf anpasst. Damit lässt sich der Energiebedarf für die Kühlung der Server-Räume um bis zu 40 Prozent reduzieren. Ein Rechenzentrum, das 10 Megawatt Wärme produziert, kann damit rund eine Million Dollar pro Jahr sparen.
HP Deutschland hat ebenfalls Erfolge vorzuweisen. Unter anderem dank der Maßnahmen, die HP-Mitarbeiter in einem internen Ideenwettbewerb zum Thema Energiesparen selbst beigesteuert haben, ließ sich der Energieverbrauch an den deutschen HP Standorten im Jahr 2006 um 1,3 Millionen Kilowattstunden verringern.
Sun ist Pionier bei Prozessoren und Terminals:
Als Sun 2005 den Ultrasparc-T1-Prozessor vorstellte, war noch nicht abzusehen, welche Dynamik die Energieeffizienz-Debatte in der IT entwickeln würde. Heute haben alle Hersteller energiesparende Technologien im Programm. Doch Sun war hier unbestritten Pionier.
Dabei liegt dem Prozessordesign von Sun ein einfacher Gedanke zugrunde: Je höher die Auslastung, desto besser die Effizienz. Wer Allround-Server im Rechenzentrum stapelt und sie durchschnittlich nur zu 15 Prozent auslastet verschwendet Strom, Kühlungsenergie und Geld. Also baut Sun Prozessoren, die viele Arbeitsschritte zeitgleich abhandeln können und auf bestimmte Anwendungen spezialisiert sind. Sie erreichen hohe Auslastung und kommen mit weniger Energie aus. Der Ultrasparc T1 war der erste Schritt. In diesem Jahr folgt der Ultrasparc T2.
Auch auf dem Schreibtisch setzt Sun aufs Stromsparen. Die Ray Ultra Thin Clients von Sun sind grafische Terminals und verbrauchen nur einen Bruchteil eines handelsüblichen PCs – die Rechenleistung wird auf den Server verlagert. Die Sun Ray 270 etwa kommt mit 50 Watt aus, also einem Achtel eines herkömmlichen PCs.