Energie einsparen im Rechenzentrum beginnt beim Power-Monitoring

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1 Energie einsparen im Rechenzentrum beginnt beim Power-Monitoring Durch den globalen Wettbewerb kommt der Unternehmens-IT und den dahinter stehenden Rechenzentren eine immer größere strategische Bedeutung zu: Immer mehr Daten müssen in kürzester Zeit, mit höchster Verfügbarkeit rund um die Uhr für Geschäftsprozesse bereitgestellt, verarbeitet sowie gesichert werden. Der dafür aufzuwendende Energiebedarf ist enorm und wächst stetig weiter an. Entsprechend steigen auch die Kosten für den Betrieb von Rechenzentren, die im Zuge von kontinuierlichen Preiserhöhungen von Strom nahezu zu explodieren drohen. So besteht schon längst eine Patt-Situation zwischen IT- und Energiekosten, wobei letztere in den kommenden Jahren überproportional steigen werden. Während an den Stellschrauben für die Hardware- und Infrastrukturinvestitionen kaum gedreht werden kann, bietet das Feld Energie RZ-Betreibern ein hohes Potenzial zur Optimierung und Kosteneinsparung. Dieses Potenzial lässt sich aber nur solide ermitteln, wenn die Verbräuche, die damit einhergehenden Aufwendungen und Einsparungsmöglichkeiten beziffert werden können. Daher zählt ein umfassendes Power-Monitoring im Rechenzentrum heute zu den unentbehrlichen Werkzeugen, um überhaupt Energie- und Kosteneffizienz herstellen zu können. Energiekosten und -effizienz als Business Cases: Höhere Rechenleistung und Auswirkungen auf die Energieverbräuche Um den ständig wachsenden Datenflut und deren Verarbeitung Herr werden zu können, kommen immer leistungsfähigere Server (wie Blades) in Rack-Systemen mit immer höherer Dichte zum Einsatz. Entsprechend steigen auch die Anforderungen an die Netzwerk-, Kühlungs- und Power-Infrastruktur, wodurch die gesamten Energieverbräuche immer weiter in die Höhe klettern. Laut IDC muss schon heute für jeden Euro, der für Server ausgegeben wird, mehr als 50 Cent für dessen Stromversorgung und Kühlung aufgewendet werden. Werden künftig keine Anstrengungen unternommen, die Kühlungs- und Power-Infrastruktur energetisch zu optimieren, dann prognostiziert IDC für die kommenden Jahre ein Kostenverhältnis zwischen aktiven IT-Geräten und Infrastruktur von 30 zu 70. Stetig steigende Stromkosten Wie ausgeführt steht Strom nunmehr als größter Kostenfaktor beim Betrieb von Rechenzentren - und die Strompreise steigen von Jahr zu Jahr weiter an und belasten immer stärker die nur moderat steigenden IT- Budgets der Unternehmen. Jeder ausgegebene Euro für die Power- und Kühlungsinfrastruktur fällt als Investition für die produktive IT-Hardware weg und hemmt im gleichen Zuge das Unternehmenswachstum und mindert letztlich den Geschäftserfolg. Nur über effizienzsteigernde Maßnahmen kann angesichts erhöhter Energieverbräuche und steigender Strompreise anhaltend ein optimales Verhältnis zwischen produktiver IT und Infrastrukturkosten hergestellt werden. Zusätzlicher Stromkapazitäten können nicht immer und überall bereitgestellt werden Geografische Lagen und besondere Standortfaktoren werden heute bei der Planung und beim Bau von neuen Rechenzentren oder bei der Anmietung von Rechenzentrumsfläche immer stärker mit einbezogen, um etwa auch durch die Nähe zu einem lokalen Stromversorger immer über ausreichende Energieressourcen zu akzeptablen Preisen verfügen zu können. Bei bestehenden Rechenzentren hingegen ist diese Versorgungssicherheit gerade in den sogenannten IT-Schwellenländern nicht immer gewährleistet: Spitzenlastzeiten, Kapazitätsengpässe, ungünstige Anbindungen an einen Provider, geringe Preiselastizität bei örtlicher Versorgung und viele weitere Faktoren hemmen die Möglichkeiten, RZ-Kapazitäten weiter auszubauen oder Strom zu noch halbwegs erschwinglichen Preisen zu beziehen. Der einzige Weg aus diesem Dilemma führt darüber, sämtliche Optimierungspotenziale bei der bestehenden RZ-Infrastruktur zu nutzen und ein Maximum an Energieeffizienz herzustellen. Energieeffizienz durch staatliche Regulierung und Einfluss von Kunden Weltweit gibt es staatliche Initiativen, Programme und Best Practice-Empfehlungen zur Limitierung des CO2- Ausstoßes, für eine nachhaltige Energienutzung und höhere Energieeffizienz. Diese sind zwar bis auf wenige Ausnahmen noch nicht als Gesetze verankert, schweben aber auch nicht mehr länger in luftiger Bekenner- und Absichtserklärungshöhe, da z.b. in der BRD eine Selbstverpflichtung der Bundesregierung besteht, den Energieverbrauch für IT und Kommunikation in den öffentlichen Bereichen bis 2013 um 40 Prozent zu reduzieren. Europaweit steht der EU Code of Conduct on Data Centre Efficiency als Kodex für Unternehmen, in ihrer eigenen IT nur energieeffiziente Produkte einzusetzen oder eben solche Produkte herzustellen und zu vertreiben. Insgesamt tragen die staatlichen oder auch privatwirtschaftlich organisierten Initiativen auch zu einem

2 Bewusstseinswandel bei Kunden und Investoren bei. Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und geringe CO2-Emission werden mittlerweile als Bestandteil der Unternehmenskultur gesehen und entsprechend goutiert. Green IT wächst somit auch immer weiter zu einem echten Wettbewerbsvorteil heran. Risiken einer Unterbrechung der Stromversorgung im Rechenzentren für den geschäftlichen Erfolg Die hohen Risiken und Kosten, die mit einer Unterbrechung der Stromversorgung der produktiven Hardware in Rechenzentren einhergehen können, sind immens und wohl der Albtraum eines jeden RZ-Managers. Die unmittelbaren Schäden durch nicht zu erbringende Services können in Millionenhöhe gehen, das Vertrauen der Kunden erschüttern und Unternehmen mittelbar ihre gute Reputation kosten und so den Umsatz schmälern. Weshalb Power-Monitoring so wichtig ist Analysten räumen dem Thema Energieeffizienz bei den Rankings der aktuellen Herausforderungen für RZ- Betreiber und -Verantwortliche einen hohen Stellenwert ein. Bevor es aber an das Optimieren und die Umsetzung von effizienzsteigernden Maßnahmen geht, muss der energetische Status quo ermitteln werden: Denn nur was zu messen ist, kann auch verbessert werden. Dann ist auch eine solide Basis gegeben, um zu überprüfen, ob Projekte zur Steigerung der Energieeffizienz sich tatsächlich allein über die Energieeinsparung refinanzieren und ab welchem Zeitpunkt genau der ROI einsetzt. Auch nach der Umsetzung der ersten Maßnahmen muss stets gemessen und evaluiert werden, ob sich die Energieeinsparprognosen bewahrheiten, wo es weiterhin Schwachstellen gibt und welche weiteren Optimierungen künftig durchgeführt werden sollen. Viele Organisationen, Verbände und Institute wie The Green Grid oder das Uptime Insitute entwickeln Standards, Formeln und Methoden zur Berechnung und Steigerung der Energieeffizienz in der IT. Die von The Green Grid erarbeitete Formel zur Bestimmung der Power Usage Effectiveness (PUE) gilt schon seit langem als Energieeffizienz-Benchmark für Rechenzentren. Bestimmt werden kann die PUE, die sich aus dem Quotienten des gesamten Energieverbrauchs im Rechenzentrum durch den der IT-Geräte ergibt, nur, wenn sich die Verbräuche solide messen lassen. Die Messung selbst sollte direkt am primären Versorgungsanschluss der IT- Geräte erfolgen, nach dem der Strom bereits alle Umwandlungen (durch Downstreaming, USVen,etc.) durchlaufen hat. Eine Messung der abgegebenen Leistung der USVen empfiehlt sich nicht, da dann oftmals die Verbräuche von Facility-Equipment, das über die USVen gespeist wird, fälschlicherweise den IT-Geräten zugeschlagen werden und somit der PUE-Wert verzerren. Das Messen und Monitoring von Stromverbräuchen im RZ bietet die folgenden Vorteile: Der Ist-Zustand der tatsächlichen Stromkosten lässt sich feststellen. Einsparpotenziale können solide ermittelt und entsprechende Ziele formuliert werden. Es können konkrete Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz umgesetzt werden. Jede Optimierung kann als Basis für Korrekturen und weitere Maßnahmen evaluiert werden. Facility-Wissen im Datacenter-Management-Sektor sinnvoll einsetzen Wie schon erwähnt arbeiten bei sehr vielen Betreibern von Rechenzentren das Facility- und RZ-Management noch nicht Hand in Hand. Änderungen bei der Serverbestückung und an den Rack-Konfigurationen haben erhebliche Auswirkungen auf die über den Facility-Bereich bereitgestellte Power- und Kühlungsinfrastruktur. Wird zum Beispiel ein Rack voll mit Hochleistungsservern bestückt, kann der Stromkreis überlastet werden und ausfallen, wenn die maximalen Kapazitäten nicht bekannt sind. Um ein solches Szenario zu vermeiden, können die Kapazitäten pro Rack deutlich überplant werden. Dadurch ergeben sich jedoch energetische Ineffizienz und höhere Kosten. Der Königsweg besteht nun darin, die exakten Leistungsanforderungen pro Server und Rack genau zu kennen und exakt die Breitstellung der Power-Kapazitäten zu planen. Sich dabei auf die ausgewiesenen Leistungsdaten der Hersteller zu beziehen ist eine Möglichkeit. Allerdings werden dort zumeist höhere Werte ausgewiesen, wodurch wieder mehr Strom bereitgestellt als tatsächlich benötigt wird. Diese überschüssigen Ressourcen könnten viel sinnvoller für den Betrieb weiterer Komponenten sowie der Kühlung verwendet werden oder auch komplett eingespart werden. Je besser also die Verzahnung von Facility- und RZ-Management funktioniert, desto präziser kann der tatsächliche Strombedarf ermittelt, bereitgestellt und Energie effizient genutzt werden.

3 Ein großer Trend in Rechenzentren ist es heute ferner, zu konsolidieren und zu virtualisieren. Viele Anwendungen ähnlichen Typs (wie etwa Datenbanken) oder Applikationen, die eine und dieselbe Funktion unterstützen (HR), werden konsolidiert. Eine andere Variante, um festzulegen, welche Applikationen auf einem Server konsolidiert werden sollen, ist es, deren Stromverbrauch zu monitoren. Selbst im Ruhemodus laufende Geräte verbrauchen Strom, der eingespart bzw. anderweitig besser verwendet werden kann. Daher empfiehlt es sich, diese Geräte auszuschalten oder konsolidiert über eine Virtualisierung zu betreiben. Eine Vielzahl an Applikationen auf vielen kleineren Rechnern auf einen leistungsfähigeren Server zu virtualisieren trägt ebenfalls dazu bei, unnötige Stromverbräuche zu eliminieren. Auch die Stromversorgung von Netzwerk-Equipment sollte überwacht und ggf. in Phasen mit geringem Kapazitätsbedarf, wenn etwa in einem Unternehmen zu bestimmten Zeiten nur wenige Webserver aktiv sein, ebenfalls heruntergefahren werden. Um die Einspareffekte auch genau beziffern zu können, sollte das RZ-Personal fortwährend in Echtzeit Messungen anstellen, wie sich die Konsolidierungs- und Virtualisierungsmaßnahmen auf den Stromverbrauch auswirken. In Kenntnis dieser Zusammenhänge zwischen Power-Monitoring und Stromverbrauch können RZ-Verantwortliche als weiteren Schritt Maßnahmen zur intelligenten Ausbalancierung des Workloads ergreifen, mit denen sich eine noch bessere Nutzung der Stromkapazität realisieren lässt und noch höhere Kosteneinsparungen zu realisieren ist. Um zum Beispiel Spitzenlasten zu vermeiden, können Systeme in einem Rack zusammen untergebracht werden, die entgegengesetzte Ruhe- und Spitzenlastzeiten haben. Auf diese Weise wird auch insgesamt weniger Strom benötigt, um die über die Server laufenden Applikationen und Services ausführen zu können. Ein weiterer wichtiger Grund, die Verbräuche zu monitoren ist es, Fehlfunktionen, Downtime und damit den drohenden Verlust von Daten zu vermeiden. Ein Anzeichen für Server-Probleme könnte zum Beispiel sein, dass die Verbräuche kurzfristig unverhältnismäßig stark ansteigen. Auf der anderen Seite können unzureichende Ströme ebenfalls auf vorhandene Betriebsstörungen bei Servern hinweisen oder diese gar verursachen. Demnach kann das Power-Monitoring auch als proaktives Tool eingesetzt werden, um potenzielle Störungen zu identifizieren und diese zu beheben, bevor ein Ausfall und hoher wirtschaftlicher Schaden drohen. Exaktes Power-Montoring für solides Reporting und Billing Um den Bedarf an Strom und künftigen Zertifikaten zur CO2-Emission verlässlich abschätzen zu können, ist eine akkurate und solide Messung und Protokollierung von Verbrauchswerten unabdingbar. Manuelle Messungen sind sehr zeit- und daher kostenaufwändig und unterliegen, wie oben aufgeführten, möglichen Fehlerquellen und müssen regelmäßig durchgeführt werden, um auch über einen längeren Zeitraum hinweg akzeptabel Mittelwerte zu erhalten. Automatische Messungen hingegen finden in Echtzeit und permanent statt. Die Eichung der Messapparaturen gewährleistet die Erfassung von exakten Werten und ist eine Voraussetzung für ein valides Reporting von Energieverbräuchen und CO2-Emissionen. Energieverbrauch wird zum festen Parameter von Effizienz und Performance in Rechenzentren Verschiedene Organisationen und Initiativen zur Green IT streben eine weltweite Vereinheitlichung der Formeln zur Ermittlung der Energieeffizienz von Rechenzentren an. Zum mittlerweile anerkannten PUE gesellt sich damit auch der global gültige DceP (Data Center Energy Productivity)-Wert. Die PUE wird dadurch um den Faktor Performance ergänzt, so dass sich über die Verbräuche der IT-Geräte im Verhältnis zum Gesamtverbrauch der RZ-Infrastruktur nunmehr auch Aussagen über die IT-Leistung bzw. den -Output treffen lassen. Herunter gebrochen kann dieser Verbrauchs- und Performance-Wert sogar auf die IT-Produktivität jeder einzelnen aktiven Hardware-Komponente und die diese versorgende Facility-Infrastruktur (USVen, Notstromaggregate, Licht, Kühlung, etc.). Wiederum unentbehrlich für die Ermittlung der DceP sind eine permanente Erfassung und Protokollierung der Verbräuche an allen relevanten Messstellen.

4 Der zählbare Nutzen des Power-Monitorings und -Managements Höhere Wirtschaftlichkeit durch Senkung der Energie- und Betriebskosten Selbst eine nur geringfügige Reduzierung des Stromverbrauchs in Rechenzentren summiert sich mittel- und langfristig zu erheblichen Kostenvorteilen. Die Green IT-Verbände weltweit beziffern daher auch allein bei bestehenden RZ-Umgebungen das über die Implementierung von Best Practices zur Energieeinsparung und Konsolidierung zu erzielende Energieeinsparpotenzial auf mehr als 20 Prozent. Durch den Einsatz energieeffizienter Server und permanentes Power-Monitoring und den damit einhergehenden Optimierungen lassen sich die Energieverbräuche insgesamt sogar um fast die Hälfte reduzieren. Der zusätzliche Nutzen eines umfassenden Power-Monitorings und -Managements besteht in der Erfüllung der ITIL-Standards und einer darüber ausgewiesenen hohen Verfügbarkeit und Entsprechung selbst anspruchsvollster Service Level- Agreements. Tiefe Einblicke in die Stromversorgung und Messwerte bilden auch die Voraussetzung, um etwa zwischen verschiedenen geographischen Rechenzentrumsstandorten oder Backup-Umgebungen die Lasten nach Spitzenzeiten, benötigten Stromressourcen und Kosten für Tag- oder Nachtstrom sowie jahreszeitlich zu verteilen und auszubalancieren. Eine akkurate Messung der Stromverbräuche eröffnet erst die Möglichkeiten, Energiekosten abzuschätzen, vorhandene Lasten und Ressourcen solide zu ermitteln und auch den künftigen Bedarf abzusehen. Letzteres ist unabdingbar, um auch bei Erweiterungen der RZ-Umgebungen mit aktiven Komponenten wie Netzwerkswitchen, Servern, Routern, Storage-Systemen ein entsprechendes Mitwachsen der Stromversorgungsinfrastruktur über USVen, Stromschienenverteiler, PDUs uvm. mit in die Planung einbeziehen zu können. Förderprogramme, Auszeichnungen und Zertifizierungen In vielen Ländern gibt es offizielle Förderprogramme, die logistische und finanzielle Unterstützung bei der Umsetzung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der CO2-Emission bieten. Darüber hinaus gibt es eine hohe Zahl an Awards, die Unternehmen für ihr Bemühen um Energieeffizienz und Nachhaltigkeit auszeichnen und somit auch nach außen hin, deren hohe Innovationsstandards und öko- sowie ökonomische Stärke sichtbar werden lassen. Ferner bieten verschiedene Verbände, Organisationen und Stellen (in der BRD zum Beispiel der TÜV Rheinland, eco Verband und Blauer Engel) RZ-Betreibern an, ihre Rechenzentren als energieeffizient und/oder nachhaltig zertifizieren zu lassen. Internationale Zertifikate werden vom US-amerikanischen Uptime Institute, The Green Grid, EPA, WWF etc. verliehen. Energieeffizienz als Benchmark für Wettbewerbsfähigkeit Viele größere Unternehmen haben bereits für ihre verschiedenen Divisionen und Abteilungen Benchmarks für Energieeffizienz und Nachhaltigkeit eingeführt und schaffen über Incentives Anreize für ihre Mitarbeiter, Stromverbräuche zu reduzieren und Kosten einzusparen. Auch Housing- oder Colocation-Anbieter setzen auf eine ausgewiesene Energieeffizienz, um gegenüber ihren Kunden für Kostentransparenz zu sorgen und Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Die Grundlage hierfür ist wiederum ein exaktes Power-Monitoring und - Reporting, das auch die Berechnungsgrößen für die Preisgestaltung und damit Wettbewerbsfähigkeit bei Cloud Computing-Services liefern wird. Schadstoffemission reduzieren Laut IDC zeichnen die globale Stromerzeugung und -verteilung für den Mammutanteil der Emission von CO2- Gasen verantwortlich und macht auf jedes einzelne Land herunter gebrochen mehr als 50 Prozent der gesamten Schadstoffabgabe aus. Die weltweite IT emittiert dabei genauso viel CO2 wie die globale Luftfahrt. Demnach ist jeder unternehmensinterne Beitrag dazu, in der IT Energie einzusparen und den CO2-Ausstoß zu verringern auch gleichzeitig ein globaler. Wie hoch dieser jeweils ausfallen kann, lässt sich durch eine Ermittlung der Ist-Stromverbräuche, der strategischen Festlegung von Soll-Zielen und der Umsetzung von Best Practices zur Steigerung der Energie- und CO2-Effizienz individuell ermitteln und beeinflussen. Dieser Beitrag wird in absehbarer Zeit für viele Unternehmen nicht mehr nur ein Kann sein, sondern ein wirtschaftliches Muss werden: Denn schon heute machen viele Investoren und Kunden ihre Investitionen davon abhängig, ob Unternehmen nicht nur ökonomisch sondern auch ökologisch nachhaltig wirtsschaften und verantwortlich handeln. Energieeffizient zu wirtschaften und Kostenvorteile zu realisieren sind wie aufgezeigt sogenannte low hanging

5 fruits - und beginnen in der IT mit einem umfassenden Power-Monitoring! STARLINE Critical Power Monitor (CPM) Eine flexible Stromverteilungslösung im Rechenzentrum kann ein Schlüsselelement für die Implementierung eines umfassenden Power-Monitoring-Systems sein. Speziell das Vorhandensein von Schnittstellen für das Aufsetzen von klar definierten Messpunkten auf der Leiter-, Stromkreis- und allen Verteilungs- und Abzweigebenen ist hier wichtig. Die Universal Electric Corp. (UEC) bietet ein solches perfekt aufeinander abgestimmtes System für die Stromverteilung über Schienen und das dazugehörige Power-Monitoring an. Die modular aufgesetzten STARLINE und Plug-In Raceway Schienensysteme gestatten es RZ-Managern, ihre Stromverteilung beliebig zu errichten und zu skalieren sowie zu erweitern oder rückzubauen und dabei über den ergänzenden Critical Power Monitor stets einen vollständigen Überblick aller Ströme und Verbräuche zu erhalten. Die Critical Power Monitor Features: Einfache Integration in STARLINE Schienensysteme und Abgangskästen mit unterschiedlichen Voltlagen und Stromstärken Einfache Integration in Abzweigstromkreise Unterstützung von Konfigurationen zwischen 60 und 400 Ampere Monitoring von ein-, zwei- und dreiphasigen sowie dreiphasigen Leitern mit Nullleiter Messung von: Stromstärke, Min./Max. Gesamtstrom, Nulleiterstrom, Spannung, Min./Max. Spannung, Wirkleistung (kw),scheinleistung (kva), Blindleistung, Energie kw/h, Phasenwinkel Vordefinieren von Schwellenwerten (Min./Max.) für Stromstärke und jede Phase mit automatischer Alarmierung. Integrierbar in bestehende Building Management Systeme (BMS) Kommunikation über: RS-485, 10/100 Ethernet oder Wireless Mesh-Netzwerk Nahtlose Integration in StarLine Power-Feeds und Abgangskästen gestattet eine optimal Stromverteilung und gleichzeitiges Power-Monitoring. Optionales Display mit Touchscreen Messgenauigkeit: <1% Weitere Informationen zum StarLine Critical Power Manager sind erhätlich. Copyright 2010, Universal Electric Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Universal Electric und StarLine sind Warenzeichen oder registrierte Warenzeichen der Universal Electric Corporation in den Vereinigten Staaten von Amerika und in anderen Ländern. Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Veröffentlicht in den U.S.A.

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