Checkliste: Zehn Methoden für das Senken des Energieverbrauchs im Data Center

Durch die Modernisierung des Data Centers lässt sich viel Geld sparen. Energieeffiziente Prozessoren und Flüssigkühlung sind nur zwei Optionen.

Der Bedarf an mehr Rechen-Ressourcen und Hochverfügbarkeit steigt weiter an. Dies wirkt sich direkt auf den Energieverbrauch im Data Center aus. Es gibt unzählige Methoden, sowohl die Klimabilanz zu verbessern als auch die operativen Kosten zu senken.

Verbesserungen bei Server-Prozessoren, Klimatisierung, Management-Tools, Virtualisierung und andere Technologien können bei der Ausgabenreduzierung helfen. Einige Experten sind auch der Meinung, dass Softwareentwickler einen Beitrag leisten können. Sie fordern modernere Software, die weniger Rechenzyklen benötigen.

Einige Upgrades im Data Center können teuer werden, wie zum Beispiel die Umstellung auf Gleichstrom und eine neue Kühl-Infrastruktur. Andere Methoden, wie beispielsweise Monitoring-Tools und Virtualisierung sind günstiger und bringen unmittelbare Einsparungen.

1. Energieeffiziente Prozessoren sparen viel Geld ein

Viele Firmen haben energieeffiziente Prozessoren und Designs entwickelt. Dazu gehören etwa ARM (Advanced RISC Machines) und Intel (Atom Prozessor). Diese lassen sich auch im Data Center einsetzen. Eigentlich wurden diese Chips für Tablets, Smartphones und andere Mobilgeräte entwickelt. Sowohl ARM als auch Atom garantieren einen geringeren Stromverbrauch.

Die auf der x86-Architektur basierenden Atom- und Haswell-Chips von Intel werden bereits seit Jahren im Data Center eingesetzt. Bis vor kurzem waren ARM-Chips auf eine 32-Bit-Architektur limitiert. Seit der Entwurf für 64-Bit im Jahre 2012 veröffentlicht wurde, haben allerdings einige Server-Hersteller die Chips ins Angebot aufgenommen. Dazu gehören unter anderem Applied Micro, Calxeda, Dell, HP und Marvell.

Ein ARM-Prozessor erreicht eine höhere Energieeffizienz durch eine geringere Hitze-Produktion, Stromsparmechanismen im Leerlauf und einen reduzierten Befehlssatz. Atom-Chips basieren auf der selben x86-Architektur wie Enterprise-Server-Prozessoren, haben aber eine geringere Performance.

Welche Technologie sich durchsetzt ist am Ende egal. Energieeffiziente Prozessoren wie ARM oder Atom haben das Potential, Geld im Data Center zu sparen. Es kommt aber darauf an, wie viel Sie investieren.

2. Flüssigkühlung (Liquid Immersion Cooling) für Server

Flüssigkeiten in der Nähe von Hardware sorgen bei hartgesottenen Administrator in der Regel für Aufregung. Systeme mit „Liquid Immersion Cooling“ verwenden nicht-leitende und nicht-korrosive Flüssigkeiten. Diese umgeben Server und andere IT-Ausrüstung und transportieren somit Hitze direkt von den Komponenten ab. Server-Racks werden immer dichter konfiguriert und beinhalten hunderte von CPU-Kernen. Für diese hochgezüchteten Umgebungen ist Kühlung mit Flüssigkeit wesentlich effizienter. Mit einigen Modifikationen lassen sich die meisten Angebote mit existierenden Rack-Servern im Data Center nutzen.

Die Systeme arbeiten mit einer einfachen Pumpe oder einem Wärmetausch-System. Als Flüssigkeiten dienen Mineralöl-Bäder und industrielle Kühlmischungen. Damit sparen Sie nicht nur bei der Stromrechnung, sondern auch bei der Wartung der Klimaanlagen. Flüssig-Kühlsysteme machen kalte Luft obsolet. Da sie effizienter sind, lassen sich die Systeme zudem mit höheren Temperaturen betreiben. Einrichtungen in kälteren Gebieten können die von der Flüssig-Kühlung abgeleitete Wärme  zum Heizen benutzen.

3. Verwenden Sie CFD-Tools für die Suche nach Hotspots in der Infrastruktur

Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) hilft bei der Überprüfung der Luftströme in einem Gebäude und erzeugt eine Wärmekarte (Heatmap). Diese zeigt den Administratoren des Data Centers, wo sich Hotspots befinden. Im Gebäude verteilte Infrarot- und Temperatur-Sensoren füttern das CFD-Tool mit entsprechenden Daten und kreieren eine dreidimensionale Ansicht, die zu hohe Temperaturen anzeigt.

Diese Methode hilft bei der Justierung der Kühlsysteme. CFD lässt sich zur Senkung der Energiekosten einsetzen, da die Energieeffizienz optimiert wird. Mit CFD-Tools lassen sich auch mehrere Luftstrom-Szenarien emulieren. Bevor Sie Rack-Konfigurationen ändern oder mehr Racks hinzufügen, können Sie damit abschätzen, wie sich die Änderungen auf die Thermik des Data Centers auswirkt. Wollen Sie zum Beispiel ein Rack mit Festplattenspeicher in zwei aufteilen, lässt sich das mithilfe eines CFD-Tools simulieren. Schon vor den zeitaufwendigen Änderungen kann man so einschätzen, wie die Hitze-Entwicklung ausfällt.

4. Freunden Sie sich mit Power-Management- und DCIM-Tools an

DCIM-Tools (Data Center Infrastructure Management) sind wertvolle Werkzeuge für Data-Center-Administratoren. Sie helfen beim Aufspüren stromhungriger Komponenten. DCIM hat zudem Funktionen von IT und Gebäude-Management enger zusammengebracht. Die Daten des Energieverbrauchs innerhalb des Data Centers helfen bei der Verwaltung der Stromversorgung und der Klimaanlagen.

Bereits mit einem einfachen DCIM-System können Sie die von der IT verbrauchte Energie mit der des restlichen Gebäudes vergleichen. Damit lässt sich der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) des Data Centers errechnen. Der PUE-Wert ist eine Methode, wie Unternehmen die Effizienz ihrer Klimatisierung bemessen können.

Fortgeschrittene DCIM-Tools bieten CFD-Integration. Das ist eine große Hilfe bei der Überprüfung von Luftströmen, wenn Sie neue Hardware hinzufügen möchten. Bessere DCIM-Systeme bietem auch die Möglichkeit, potentielle Problemzonen anzuzeigen, bevor diese Schwierigkeiten bereiten.

5. Tesla gegen Edison: Ist Wechselstrom oder Gleichstrom besser für das Data Center?

Wechselstrom oder Gleichstrom? Diese Diskussion gibt es, seit Thomas Edison und Nikola Tesla darum wetteiferten, ob Wechselstrom oder Gleichstrom besser für die Stromversorgung ist. Wechselstrom hatte die Schlacht bekanntlich für sich entschieden. Kann Gleichstrom aber den Krieg gewinnen? Im Data Center gibt es bisher keine eindeutige Antwort.

Gleichstrom ist effizienter als Wechselstrom, da es weniger Stromumwandlungen gibt und weniger Energieverlust auftritt. Energiehungrige Data Center könnten dadurch die operativen Kosten massiv reduzieren. Gleichstrom produziert darüber hinaus weniger Abwärme, was sich auf die Kühlkosten auswirkt.

Ein gravierender Nachteil von Gleichstrom ist, dass sich ohne entsprechendes Equipment Spitzen bilden. Sieht man sich die Zahlen an, ist Gleichstrom für die Effizienz eines Data Centers der klare Gewinner. Eine Umstellung bringt natürlich Störungen des Arbeitsablaufes mit. Aber die potentiellen Einsparungen könnten den Aufwand wert sein.

6. Den Kabelsalat durch Bündelung in den Griff bekommen

Viele Data Center setzen weiterhin auf eine Methode für die Klimatisierung, die allerdings am wenigsten effizient ist: Sie blasen kalte Luft unterhalb des Bodens ein und kühlen so die Server-Racks. Setzt ein Unternehmen auf diese Klimatisierung, ist das Chaos aus Strom- und Netzwerk-Kabeln im Unterboden vorprogrammiert und führt zudem zu einer höheren Wärmeabfuhr. Die Klimaanlagen müssen wiederum mehr arbeiten.

Die Kabelbündelung in Deckenablagen und -Schächten sorgt für Platz. Am Boden können Sie Rohre für Flüssigkühlung verlegen. Entscheiden sich Unternehmen für die Bündel-Lösung, ergibt sich noch ein weiterer Vorteil: Liegt der Kabelsalat nicht mehr im Unterboden, behindert er nicht die Kühlung.

Integrierte IT-Produkte wie zum Beispiel Cisco Unified Computing System, VCE Vblock, NetApp FlexPod, Dell vStart, IBM PureFlex und HP CloudSystem Matrix konsolidieren Server, Storage und Netzwerk in ein einziges System. Das verbraucht weniger Strom und verringert das Kabel-Chaos.

7. Brennstoffzellen sind nicht nur für Autos und Mobilgeräte interessant

Brennstoffzellen sind im Data Center noch nicht verbreitet. Vor allem für Unternehmen, die in Gegenden mit hohen Energiekosten sitzen, könnte dies attraktiv sein. Produkte wie Bloom Energy Servers wandeln natürliches oder Bio-Methan um. Beide Alternativen sind sauberer als Kohle oder Öl. Ein individueller Bloom Server produziert 200 Kilowatt Energie. Die Geräte lassen sich modular verwenden und erhöhen die Energiekapazität, um den Ansprüchen eine Data Centers gerecht zu werden.

Einige Unternehmen, wie zum Beispiel Apple, haben in Brennstoffzellen-Technologie investiert, um damit ihre Data Center zu betreiben. Die meisten Firmen sind aber zögerlich und halten lieber an traditionellen Generatoren fest. Installationen mit Brennstoffzellen sind in Gegenden interessant, in denen das Stromnetz unzuverlässig ist.

8. Eine zuverlässige Infrastruktur mit virtuellen Servern vermeidet Kosten

Server-Virtualisierung hilft, mehr Rechenleistung in weniger physikalische Boxen zu packen. Setzen Sie eine virtuelle Server-Infrastruktur im Unternehmen ein, kann das viel Geld sparen. Sie müssen während der unvermeidbaren Auffrischungszyklen weniger neue Geräte kaufen, Updates und Wartung der Server-Hardware verringern sich. Weniger Hardware bedeutet letztlich weniger Stromverbrauch und geringere Kosten. Außerdem ist weniger Server-Hardware umweltfreundlicher.

Verwenden Sie Virtualisierungs-Technologien, müssen Sie sich allerdings ausreichend Gedanken im Vorfeld machen. Neben den Kosten für die Infrastruktur kommen Ausgaben für Software und Lizenzen auf Sie zu. Die beliebige Bereitstellung von Ressourcen bedeutet gleichzeitig, dass Sie skalieren können, ohne Hardware kaufen zu müssen. Virtualisierung ist somit ein wirksamer Faktor für Einsparungen.

Hardware, Betriebssystem und Virtualisierungs-Technolgien haben sich weiterentwickelt. Mittlerweile haben System-Administratoren die Möglichkeit, den Stromverbrauch in virtualisierten Umgebungen zu beeinflussen. Die meisten Hypervisoren können den Energiebedarf monitoren und entsprechend anpassen.

9. Modulare Data Center sind für die Bereitstellung zusätzlicher Rechenleistung flexibler

Modulare Data Center adressieren ein ganz spezielles Problem. Wenn ein Unternehmen seine Rechenleistung ausgeschöpft hat und zusätzliche Server-Racks ins Auge gefasst hat, können modulare Erweiterungen, zum Beispiel als Container, den Ausbau des Data Centers verzögern.

Spielen Sie mit dem Gedanken eines modularen Data Centers, gelten aber dieselben Überlegungen wie für den Aufbau eines regulären: Aufbaukosten, Stromversorgung, Standort und Security. Die Vorteile dieser schnell einsetzbaren Data Center sind für viele Firmen dennoch attraktiv, da sie energieeffizient und skalierbar sind.

Vorgefertigte Einheiten unterscheiden sich in Größe, Form und Infrastruktur. Preisgünstigere Modelle bringen Racks plus Unterstützung für Strom und Kühlung mit. Exklusivere Module sind mit kompletten Serverschränken ausgestattet. Außerdem sind Kühlsystem und Stromversorgung effizienter. Allerdings ist das Bereitstellen zusätzlicher Ressourcen nicht damit getan. Anbindung, Security und Richtlinien sollten bereits vor einer Entscheidung betrachtet werden.

10. Mit fallenden SSD-Preisen steigen die Angebote für Flash-Storage

Sobald die Kosten für Solid-state Drives (SSD) fallen, lassen sich mit Flash-Speichern Kosten sparen. Erstens ist weniger Energie notwendig, da keine Festplatte rotiert. Zweitens ist der Kühlaufwand geringer. Schätzungen gehen davon aus, dass ein Watt Rechenleistung zwischen 0,5 und 1 Watt Kühlung benötigt. Je nach Geschäftsanforderung, rechtfertigen diese Vorteile allerdings den Einsatz der teuren SSD-Geräte der Enterprise-Klasse noch nicht.

Neben den Kosten gibt es außerdem Situationen, in denen SSD-Technologie nicht optimal ist. Es kommt auf den notwendigen Typen des Datenzugriffs an. Spezielle virtuelle Umgebungen und die richtige SSD-Art für die jeweiligen Anwendungen gehören in diese Überlegungen. Auf der anderen Seite reduziert Flash den Kühlaufwand, spart Strom und Platz. Schließlich ist mit SSDs eine deutliche Steigerung der Datenbank-Funktionen und -Prozesse zu verzeichnen. Einige Unternehmen werden aufgrund höherer Performance und niedrigeren Stromkosten mit SSD liebäugeln.

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