Foto: Green-IT-BB
Wenn die Verantwortlichen der Q2Web GmbH ihre Datenbankentwicklung präsentieren, dann klingt dies verheißungsvoll: "Unsere Datenbanktechnologie ist ein neuer und radikaler Ansatz, um Einsparungen sowohl bezüglich der Raum- und Materialnutzung wie des Energieverbrauchs zu realisieren."
Ihnen sei es gelungen, neue Softwaretechniken zu entwickeln, ferner Standardhardware anders zu nutzen. Beides zusammen ermögliche eine Steigerungen sowohl der Energieeffizienz als auch der Rechenleistung. Der Grad der Verbesserung ist bemerkenswert: Er beträgt mindestens den Faktor zehn.
Für alle IT-Infrastrukturen
Als Bewertungsmaßstab vergleichen die Spezialisten von Q2Web ihre Lösung mit Standardservern neuester Technologie. Selbstredend ließen sich beim Vergleich mit Rechnern älterer Bauart noch wesentliche höhere Vorteile erzielen.
Radikale Wege sollen die Effizienz steigern helfen
Die Macher der Q2Web GmbH sehen in ihrer Lösung einen "radikal neuen und anderen Weg, die Effizienz von IT-Systemen zu steigern."
Zehn Watt und kein bisschen mehr
Die Q2Web-Lösung sei, so das Versprechen, in der Lage, mit einem Energieverbrauch von nur zehn Watt klassische Datenbank-Serversysteme zu ersetzen. Durch den Einsatz von Kompressionsalgorithmen lassen sich Plattenspeicher zusätzlich optimieren. Zu dem ist es auf diese Weise möglich, den Netzwerktraffic drastisch zu reduzieren.
Neben dem eigentlichen Effekt der Energieverbrauchsoptimierung werden hierbei vollständig neue Anwendungsfälle denkbar. Wie das? Die Q2Web-Systeme besitzen lediglich die Größe einer externen 2,5-Zoll-USB-Platte. Sie können, so die Argumentation, einen 1-HE-Server vollständig ersetzen. Hierbei ist nicht einmal berücksichtigt, dass solch ein Q2Web-System auch noch wesentlich leistungsfähiger ist.
Die Bedeutung für Rechenzentren
Zu fragen ist nunmehr, ob die Q2Web-Lösung übertragbar ist. Hier sagt das Unternehmen, die Entwicklung von Q2WEB sei für Verantwortliche in Rechenzentren ein nützlicher Baustein, ihre Green-IT-Strategien zeitnah und nachhaltig umzusetzen.
Nutzen für jeden Anwendertyp
Die Q2Web-Verantwortlichen sind überzeugt, dass mit ihrer Lösung Anwender aller Größenordnungen Vorteile erzielen können. Das gilt etwa für kleinere Anwender: Die nutzen oft zwei Server und ein Speichersystem sowie Virtualisierungstechniken und verstauen das alles in einem mit Klimaanlage versehenen Rack. Auch für große Rechenzentren lassen sich Vorteile erzielen, indem sie ihre 20 Racks mit entsprechendem Platzbedarf durch ein einziges Rack ersetzen können.
Der konsequente Einsatz der Q2Web-Technologie trage, so die selbstbewusste Aussage, zu einer Ressourcenschonung von über 90 Prozent bei.
Die Skalierfähigkeit der Q2Web-Lösung erlaube es, sie für alle möglichen IT-Infrastrukturen einzusetzen. Jedem Anwender, ob kleinem, mittelständischem oder großem Unternehmen, böten sich so gravierende Einsparmöglichkeiten. Das wiederum schaffe Optionen für neue Betriebsmodelle.
Was steckt dahinter?
Begonnen hat alles mit dem Wunsch, herkömmliche Datenbank-Installationen bei Großunternehmen zu optimieren. Das Softwarehaus entwickelt speziell im Bereich Telekommunikation eigene Softwareprodukte. Diese werden im operativen Bereich bei Telekommunikationsunternehmen eingesetzt. Hierbei handelt es sich unter anderem um eine Configuration Management Database (CMDB) und ein technisches Data-Warehouse, das zur KPI-Berechnung herangezogen wird.
Ökonomische Vorteile
Zunächst einmal lasse sich, so die Projektleiter, mit der Q2Web-Lösung eine drastische Reduzierung der Investitionskosten für die Hardware erzielen. Der Spareffekt sei dabei nicht nur bezüglich der Server zu erzielen. Die Kostenreduzierung betrifft auch die gesamte Infrastruktur wie beispielsweise Räume, Racks, Klimaanlage.
Eine Reduzierung der Kosten sei möglicherweise auch bei der Software zu erzielen, was allerdings vom jeweiligen Projekt und den eingesetzten Lizenzen abhinge.
In Großunternehmen werden täglich Datenmengen im mehrfachen TB-Bereich verarbeitet. Diese Mengen an Daten haben sich über die vergangenen Jahre hin jährlich verdoppelt. Dieser Trend wird absehbar und langfristig weiter anhalten.
Vorübergehende Lösung
Die beschriebene jährliche Duplizierung der zu verarbeitenden Datenmengen konnte in manchen Fällen eine Zeitlang abgefedert werden, indem Q2Web seine Applikationen entsprechend weiterentwickelte und optimierte. Allerdings war in vielen anderen Fällen eindeutig absehbar, dass künftig zu erwartende Datenmengen mit der aktuell eingesetzten Hard- und Softwaretechnologie nicht mehr zu bewältigen sein werden. Für alle Beteiligten war somit auch klar, dass nur durch Investitionen in Höhe von mehreren Millionen Euro künftig die benötigte Rechenleistung noch zur Verfügung gestellt werden könnte.
Ausweg aus dem Dilemma
Um eine Lösung für dieses Dilemma zu finden, untersuchten die Projektverantwortlichen bei Q2Web verschiedene Ansätze und überdachten Trends, die geeignet zu sein schienen, die Herausforderungen der Zukunft in einem angemessenen Kostenrahmen zu bewältigen. Drei wesentliche Trends wurden dabei ins Auge gefasst:
NOSQL-Datenbanken (NOSQL = not only SQL). Hier stehen Optionen wie "Hadoop", "CouchDB", "MongoDB", "Cassandra" usw. prinzipiell zur Verfügung;
SOC-Prozessoren (SOC = System on a Chip), wie sie aktuell massiv vom US-amerikanischen Umweltministerium DOE (Department of Energie) gefördert und von Intel und ARM realisiert werden.
Grafikprozessoren als Geschwindigkeitsbeschleuniger. Sie haben insbesondere durch ihre Nutzung in chinesischen Supercomputern Beachtung gefunden.
Keine Standards, sehr speziell
Allen drei Trends ist gemeinsam, das sie sich in noch sehr frühen Entwicklungsphase befinden, in der Regel keine gängigen Standards unterstützen und jede für sich betrachtet im wesentlichen nur sehr spezielle Anwendungsfälle adressieren.
Herausforderungen
GPU-Programmierungen für den Einsatz in Datenbanken sind noch wenig entwickelt. Parallel-Programmierung und intensive Kommunikation zwischen den einzelnen Hardware-Komponenten bewirken starke Komplexität. Dies erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und Professionalität in der Bewältigung großer und komplexer Software-Projekte. Herausfordernd sind zudem die Unterschiede zwischen den einzelnen Parallelprogramm-Implementierungen der jeweiligen Hardware-Hersteller.
Dennoch haben alle in ihrem jeweiligen Einsatzbereich große Vorteile gegenüber bekannten Standardanwendungen.
Das Beste aus drei Ansätzen
Nach intensiver Analyse und Einschätzung fiel die Entscheidung, alle drei Technologien mit einander zu kombinieren und so einen radikal neuen Ansatz zu wählen. Im Ergebnis wurde eine Datenbank mit modernsten Software-Technologien aus dem NOSQL-Bereich implementiert. Realisiert wird dies in einer parallelen Programmiersprache, so dass die Datenbank auch auf Grafikprozessoren betrieben werden kann.
Idealerweise operieren diese Programme dann auf sogenannten APUs. Bei dieser Variante werden der eigentliche Prozessor und der Grafikprozessor (GPU) auf einem Chip verschmolzen. Momentan aktuelle APU-Chips benötigen in der kleinsten Version lediglich zehn Watt. In dieser Konstellation konnten die Projektverantwortlichen nachweisen, dass die Q2Web-Datenbank auf diesem Spezial-Chip die gleiche oder sogar eine höhere Leistungsfähigkeit besitzt als eine relationale Datenbank, die auf einem Standard-Hexa-Core-Server betrieben wird.
In nackten Zahlen: Es ließ sich nachweisen, dass eine Anwendung, die zur KPI-Berechnung verwendet wird, auf einem 10-Watt-Rechner zirka 100 Million komplexe KPI-Berechnungen in zwei Minuten bewältigt.
Diese Evaluierungen und prototypische Ergebnisse haben gezeigt, dass die Q2Web-Technik in der Lage ist, Server zu ersetzen, die mehrere Kilowatt pro Stunde an Strom verbrauchen. Die energieeffizienten Rechner benötigen aber nicht nur weniger Strom. Sie sind auch bezüglich der Umgebungsbedingungen deutlich anspruchsloser als klassische Serversysteme.
Im Konzept der Q2Web GmbH und deren Datenbanktechnologie gerät der I/O der Daten zum eigentlichen Kostenfaktor, während hingegen die Rechenleistung vergleichsweise günstig zu haben ist. Als gegenmittel werden Daten in dieser IT-Umgebung grundsätzlich komprimiert und verschlüsselt gespeichert.
Die Datenbank unterstützt zudem paralleles und verteiltes Arbeiten. Durch die Datenkompression werden zu transferierende Datenmengen reduziert sowie die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erheblich gesteigert.
Schnittstellen zu Marktführern
Die Nutzung der Q2Web-Datenbank durch klassische Applikationen soll zukünftig durch Schnittstellen, die eine fast hundertprozentige Kompatibilität zu den Oracle-Produkten sicherstellen, erleichtert werden. Weitere Interfaces, die andere Datenbank (MS-Server, Sybase, DB2) emulieren, folgen. Die Bereitstellung von Standardinterfaces ermöglicht die Adaption auf bestehende Applikationen.