"Green IT ist gerade in Krisenzeiten eine Möglichkeit, Kosten zu reduzieren", sagte der im Bitkom für das Energiethema verantwortliche IBM-Deutschlandchef Martin Jetter auf der diesjährigen CeBIT. Alleine die rund 2,2 Millionen in Deutschland installieren Großrechner hätten im abgelaufenen Jahr 1,1 Milliarden Euro an Stromkosten verursacht, rechnete er vor. "Schon mit einfachen Mitteln können in Rechenzentren die Energiekosten um 20 Prozent gesenkt werden."
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Immer mehr Unternehmen kümmern sich deshalb um das Thema Green IT. Laut einer Umfrage des Branchenverbands gaben 84 Prozent der rund 1000 befragten Nutzer an, dass für sie bei der Auswahl des Geräts der Energieverbrauch eine Rolle spiele. Allerdings sind nur 19 Prozent bereit, einen Aufschlag von einem Zehntel oder mehr zu zahlen. Geringere Preiserhöhungen würden immerhin noch 39 Prozent akzeptieren. 35 Prozent sagten, dass ihnen energiesparende Geräte gar keinen Aufschlag wert seien. Jetter wertete die Ergebnisse dennoch positiv. Die Ergebnisse hätten sich im Vergleich zur Vorjahresumfrage kaum verändert - und das trotz der deutlich verschlechterten Wirtschaftslage.
Um das eigene Rechenzentrum auf eine bessere Energieeffizienz zu trimmen, müssen die Verantwortlichen allerdings viele verschiedene Aspekte berücksichtigen. Neben der effektiven Stromversorgung kommt es auch darauf an, dass die Geräte in der Lage sind, mit den Energieressourcen sparsam umzugehen. Das fängt bei den Prozessoren an, geht weiter über die Rechnersysteme bis hin zu den Serverräumen inklusive Klimatisierung und sollte auch das komplette Gebäude- beziehungsweise Raummanagement mit einbeziehen. Zuletzt brauchen Anwender auch Software, mit deren Hilfe alle Parameter zentral gesammelt und Komponenten wie Energieverteilung überwacht und gesteuert werden. Bernhard Haluschak, Hardware-Redakteur bei der CW-Schwesterpublikation TecChannel erläutert, welche Möglichkeiten zum Stromsparen Anwender berücksichtigen sollten und auf welche Aspekte es bei der Green-IT-Ausstattung ankommt.
Die grüne CPU
Die Prozessorhersteller haben in Bezug auf Strom sparen aus der Not eine Tugend gemacht. Der steigende Stromverbrauch der Prozessoren zwang die Hersteller, entsprechende energiesparende Maßnahmen in die CPUs zu implementieren. Bei AMD heißt diese Technologie "PowerNow!", und Intel bezeichnet diese als "Speedstep".
Aktuell setzt Intel in seinen Xeon-Server-CPUs das so genannte "Demand Based Switching" ein, besser bekannt als "Intel Enhanced Speedstep Technology" (EIST). Dabei werden je nach CPU-Auslastung die Taktfrequenz und die Core-Spannung dynamisch im Prozessor geregelt.
Über sechs definierte Leistungsstufen (States) wird die Leistung des Prozessors beziehungsweise der Rechenkerne in einem Multi-Core-Prozessor gemäß den Systemanforderungen reguliert. Dies geschieht ohne Zutun des Betriebssystems im laufenden Betrieb. Das zentrale Steuerungselement basiert auf der Advanced-Configuration-and-Power-Interface-Tabelle (ACPI), die der Hersteller des Mainboards festlegt.
AMD setzt aktuell in seinen Opteron-Server-Prozessoren die Enhanced-PowerNow!-Technologie ein. Dabei wird unter anderem die Taktfrequenz in 32 Stufen reduziert. Zusätzlich können die Prozessoren - wie bei Intel - die Core-Spannungen je nach Bedarf im Betrieb anpassen. Laut den CPU-Herstellern sollen diese leistungseffizienten Optionen in den CPU-Architekturen eine Reduktion des Stromverbrauchs um bis zu 40 Prozent bringen.
Leistungsabhängige Steuerung des Energieverbrauchs in Servern
Ein großer Anteil der Energie für den Betrieb der IT wird nicht in Rechenleistung umgesetzt, sondern geht als Abwärme verloren. In der Praxis setzen die Unternehmen häufig auf einem Server nur eine einzige Applikation ein. Das führt dazu, dass die Systeme das Gros ihrer Rechenzeit nicht optimal auslasten. So verbraucht ein Server im Leerlaufbetrieb etwa 60 bis 70 Prozent der Energie gegenüber einem Server im normalen Lastbetrieb.
Um die Rechenlast in einem Server, Rack oder Rechenzentrum besser zu verteilen, wurde unter der Federführung von Intel die Initiative Automatic Control of Power Consumption (ACPC) ins Leben gerufen. Sie arbeitet an der Optimierung des maximalen Energieverbrauchs von Rechnern beziehungsweise Rechnerräumen unter Berücksichtigung eines definierten Regelkreislaufs für den Stromverbrauch.
Dies kann auf zwei Arten durchgeführt werden: Zum einen kann der Server-Betreiber die maximalen Verbrauchsgrenzen so festlegen, dass auch ein Betrieb bei einer eingeschränkten Stromversorgung gewährleistet ist. Darüber hinaus können mithilfe des Automatic-Control-of-Power-Consumption-Ansatzes die gesammelten Leistungswerte dazu verwendet werden, um ein Modell zur Leistungsoptimierung der Rechner zu erstellen. So kann zum Beispiel für einen Server mehr Leistung freigegeben werden, sobald andere Server diese nicht benötigen. Diese Technologie kooperiert eng mit den Prozessor-Stromsparmechanismen und bildet die Grundlage für das Enterprise-Power-and-Thermal-Management, das im Folgenden erläutert wird.
Ganzheitliche Steuerung von Energieverbrauch und Kühlung
Der nächste Schritt für ein energieeffizientes Rechenzentrum ist, die gesamte Kontrolle aller Racks inklusive der Klimaanlage in eine zentrale Gebäudesteuerung einzubinden. Dies stellt eine große Herausforderung dar, vor allem an die Schnittstelle zwischen IT-Systemen und Haustechnik.
In der Praxis müssen alle Systeme und Komponenten über ein standardisiertes "Power Thermal Management Interface" (PTMI) sämtliche Meldungen an eine zentrale Instanz leiten. Diese Instanz regelt dann gebäudeübergreifend die Energieversorgung.
Die Idee ist nicht grundsätzlich neu und bereits in vielen System-Management-Werkzeugen IT-seitig implementiert. Meist fehlt dort jedoch die Erweiterung um die Aspekte der Kühlung und Haustechnik. Bei einem konsequenten Einsatz der Modellierung können beispielsweise die Klimaanlage, der Luftstrom der Ventilatoren oder die Leistungsaufnahme der Serverkühlung auf das notwendige Minimum gedrosselt werden.
Als zusätzliche Maßnahme sollte der IT-Verantwortliche die Nutzung von Thermoanalyse-Programmen in Erwägung ziehen, die die Wärmeausstrahlung im Rechenzentrum überwachen können. Damit ließen sich im Vorfeld die Ursachen von Ausfällen durch so genannte Hot Spots ohne hohen Zeit- und Kostenaufwand ermitteln.
Dazu werden sowohl der Raum als auch die einzelnen Komponenten überwacht und Daten über elektrische Leistung sowie Temperatur der einzelnen Systeme aufgezeichnet. Daraus lässt sich ein virtuelles Modell errechnen, das die verschiedenen Bestandteile und Raumbereiche berücksichtigt. Auf dieser Basis kann ein entsprechendes Strom-Management-Programm bei Bedarf Aktionen automatisch durchführen oder darauf hinweisen, manuelle Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
So könnte zum Beispiel die dynamische Arbeitsverteilung auf die verschiedenen Prozessoren in einem Server zentral gesteuert werden. Dies geschieht dann nicht nur aufgrund der benötigten Rechenleistung, sondern bezieht auch die Hitzeabstrahlung und den Energieverbrauch des Racks beziehungsweise der Klimatisierung mit ein.
Leistungskontrolle der Server mit Cabinet Power Distribution Units
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Die Möglichkeiten zur Energiekontrolle mittels SpeedStep- oder PowerNow!-Technologie setzt eine moderne Ausstattung und eine aktuelle Servergeneration voraus. Dies ist in "historisch gewachsenen" Umgebungen nicht immer gegeben. Darüber hinaus beschränken sich die Möglichkeiten auf den Bereich der x86-basierten Server-Technik, Komponenten wie Netzwerk-Switches, KVM-Verteiler (Keyboard, Video, Maus), Bandlaufwerke und Ähnliches bleiben dabei unberücksichtigt. Hier ermöglicht der Einsatz von so genannten "Cabinet Power Distribution Units" (CPU) eine weitgehende Kontrolle über den Energieverbrauch eines Geräts direkt an der Steckdose.
Hierbei wird die Stromleiste des Servers gegen eine funktional erweiterte Steckerleiste ausgetauscht. Diese ist in der Lage, an jeder Steckdose die Energiewerte und den Verbrauch zu messen und diese Werte über eine Standard-Ethernet-Verkabelung mittels TCP/IP-Protokoll an ein Strommanagement-Tool zu melden.
Heutzutage werden diese Lösungen oft mit proprietären Schnittstellen und Überwachungsprogrammen angeboten. Allerdings sollte das langfristige Ziel eine Integration mittels eines standardisierten Power Thermal Management Interfaces (PTMI) sein. Derzeit können solche Lösungen den Energieverbrauch messen oder Über- oder Unterspannungen feststellen und diese dann als Fehlermeldung an ein übergeordnetes System melden.
USV-Stromversorgung optimieren
Zum energieeffizienten Betrieb eines Rechenzentrums gehört auch, dass eine unterbrechungsfreie Stromversorgung USV optimiert wird. Der Einsatz von Deltawandlern in USVs bietet hier Lösungsansätze, ebenso wie die Einführung von speziellen Management-Programmen, die Stromversorgung und Rechnerleistung aufeinander abstimmen. Neueste USV-Systeme gehen sogar noch einen Schritt weiter und beziehen die Steuerung der Klimaanlage mit ein.
Im Bereich der Stromzuführung ist ein erhebliches Einsparpotenzial möglich. Durch den Einsatz von Deltawandlern (Delta Conversion On-Line UPS) statt Doppelwandlertechnik in der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) kann ein erheblich höherer Leistungs- beziehungsweise Wirkungsgrad der USV erreicht werden, da entsprechende Komponenten in der Stromverteilung und in der Rack-Unterverteilung entfallen. Darüber hinaus wird durch die Weiterleitung des Gleichstroms der gesamte Leitungsverlust um bis zu 50 Prozent reduziert. Zusätzlich erhöht sich die Systemverfügbarkeit, da weniger Teile in der Stromversorgung ausfallen können.
Fazit
Der stetig steigende Kostendruck auf die Betreiber von IT-Systemen durch den wachsenden Bedarf an elektrischer Energie zwingt zum Umdenken. So nutzen immer mehr IT-Betreiber Strom sparende Möglichkeiten in Form von Hardware- und Software-Lösungen, um die hohen Betriebskosten zu senken.
Das fängt bei der Nutzung der CPU-Stromsparmechanismen wie SpeedStep und PowerNow! in Servern an und endet bei einer optimierten und energieeffizienten Steuerung der gesamten Gebäudetechnik. Dabei sollten idealerweise alle Systeme ihre Informationen an ein zentrales Management-Tool liefern, das dann übergreifend alle Komponenten aufeinander abstimmt und entsprechend steuert.
Ein Ziel dieses zentralen Energiemanagements ist es, bestehende Rechenkapazität weiterhin nutzen zu können oder sogar zu erweitern sowie teure Investitionen in eine neue Infrastruktur für Energieversorgung und Klimatisierung so lang wie möglich hinauszuschieben. Der Hauptaspekt besteht aber darin, langfristig Energie einzusparen, die Betriebskosten zu mindern und einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.