Energieverbrauch von Rechenzentren Trends, Effizienzpotenziale, Handlungsbedarfe

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1 Energieverbrauch von Rechenzentren Trends, Effizienzpotenziale, Handlungsbedarfe Dr. Ralph Hintemann, Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit, Berlin Vortrag in Hamburg. 29. Oktober

2 Inhalt Basistrends und Basisdaten Å Basistrends: Steigende Computerleistung und steigender Energieverbrauch der IKT Å Basisdaten: Anzahl und Arten von Rechenzentren Was ist das Problem? Å Zentrale Treiber für das Thema Energieeffizienz von Rechenzentren Å Energieverbrauch von Rechenzentren: Trends und Szenarien Energieeffizienz in Rechenzentren Å Worst Cases und Best Practices 02

3 Basistrend 1: Rasante Zunahme der Computerleistung (Faktor 100 in 10 Jahren) und Leistung pro Watt (Faktor 20) 03

4 Basistrend 2: Steigender Energieverbrauch der IKT Insbesondere der IKT-Infrastruktur Stromverbrauch IKT (Endgeräte und Infrastruktur) in Deutschland (Cremer et al. 2003) Å 2001: 38 TWh (8% des Stromverbrauchs) Å 2010: 55 TWh (11% des Stromverbrauchs) Zunahme insb. bei IKT-Infrastruktur (UMTS-Netze, Server, Router etc.) Å Größter Stromverbraucher sind Rechenzentren Å 60% aller Server stehen in Rechenzentren CO 2 -Emissionen 2004 in Deutschland Å IKT: 28 Mio. t CO 2 (durch Stromverbrauch) Å Luftverkehr: 22 Mio. t CO 2 04 Quelle: Cremer et al. 2003, 27

5 Basistrend 3: Energiekosten werden immer wichtiger Weltweite jährliche Ausgaben für Server und Energie in RZ Spending (US$B) $120 $100 $80 $60 $40 $20 $0 New Server Spending Power and Cooling Installed Base (M Units) IDC Presentation, The Impact of Power and Cooling on Data Center Infrastructure, Doc #201722, May

6 Relevanz der Energieeffizienz von Rechenzentren: Treiber 1: Steigende Energiedichte Server/Racks Source: IDC, The Impact of Power and Cooling on Data Center Infrastructure 06

7 Relevanz der Energieeffizienz von Rechenzentren: Treiber 1: Steigende Energiedichte in Rechenzentren 07

8 Relevanz der Energieeffizienz von Rechenzentren: Treiber 2: Steigende Energiepreise Stromkosten für Industriekunden in Europa cents / KWh Cent 9 8,5 8 7,5 7 6, Year Quelle: eurostat.ec.europa.eu 08

9 Trends: Energieverbrauch von Rechenzentren weltweit In 2005: ca. 1% des weltweiten Stromverbrauchs + 76 % W eltweiterstrom verbrauch in M rd.kwh/jahr % Szenario "Business-as-usual" AnzahlinstalierterServerweltweitin M io Quelle: Koomey 2007, IDC

10 Trends: Stromverbrauch von Rechenzentren in den USA In 2006: ca. 1,5% des gesamten Stromverbrauchs Quelle: Report to Congress on Server and Data Center Energy Efficiency Public Law , U.S. Environmental Protection Agency, ENERGY 010 STAR Program, 2 August 2007, 26

11 Trends: Stromverbrauch von Rechenzentren in Deutschland In 2008: ca. 1,8% des gesamten Stromverbrauchs 10,11 TWh entsprechen der Jahrestromproduktion von fast 4 Kohlekraftwerken (je 600 MW el ) der 2-fachen Jahrestromproduktion des AKW Brunsbüttel dem Jahrestromverbrauch von 3 Mio. deutschen Haushalten Quelle: Fichter/Borderstep

12 Szenarien Energieverbrauch von Rechenzentren in Deutschland 012

13 Zukunftsmarkt energieeffiziente Rechenzentren: Betreibersicht Energiekosten von Rechenzentren in Deutschland Quelle: Fichter/Borderstep

14 Energieeffizienz von Rechenzentren: Betrachtungsebene Rechenzentrum Green Grid: Power Usage Effectiveness (PUE) Å PUE = Verhältnis von Gesamtenergielast des Rechenzentrums zu IT-Nutzlast Å PUE-Wert liegt oft bei ca. 3, der Idealwert = 1,0, d.h. 100% der Energie werden von der IT genutzt 014

15 Aktuelle Situation in Rechenzentren Gewachsene, heterogene Strukturen z.t. veraltete Hardware (IT, Klima, Stromversorgung) Klimatisierung nicht optimiert, z.b. Hot Spots, Temperatur zu niedrig Hindernisse im Luftweg 015

16 Hindernisse im Luftstrom Im Doppelboden: Hindernisse/ungenutzte Kabel Im Rack: Große Kabelführungen decken die Rückseite der Server zu oder dicke Kabelstränge blockieren den Luftstrom Konsequenzen: Schlechtere Kühlung der Server geringere Lebensdauer, höherer Energieverbrauch

17 Servereffizienz Servereffizienz, z.b. SPEC Power and Performance -Standard (www.spec.org) Å SPEC: Non-profit-Organisation von Computerhändlern, Systemintegratoren, Wissenschaft usw. Å SPEC Power and Performance ist ein Messtandard zur Bestimmung und Vergleich der Energieeffizienz von Servern, die mit Java Server-Anwendungen laufen Typischer Lastbereich 017

18 Energiesparen durch Virtualisierung Serverkonsolidierung spart Energie Anwendung 1 Anwendung 2 Anwendung 3 Anwendung 4 Anwendung 7 Anwendung 8 Anwendung 1 Anwendung 2 Anwendung 3 Anwendung 4 Anwendung 5 Anwendung 6 Anwendung 7 Anwendung 8 Syst em 1 Syst em 2 Syst em 4 Prof essionelle Virt ualisierung 10 % akt iv 2KW 10 % akt iv 2KW 10 % akt iv 2KW 50 % akt iv 4KW Gesamtenergie 8KW Gesamtenergie 4KW Serverkonsolidierung mittels Virtualisierung ist ein sehr effektiver Ansatz für die Steigerung der Energieeffizienz 018

19 Servervirtualisierung Best Practice Beispiele Fallbeispiel Stadt Bad Soden/Taunus Endress + Hausser Stadtverwaltung Kopenhagen Altes System 30 Serversysteme (Jahr 2006) 220 Server (Jahr 2003) 700 Server (Jahr 2007) Neues System 2 Server mit Virtualisierung (Jahr 2008) 20 Server und 4 Bladecenter (Jahr 2008) 80 Server (Jahr 2008) BMU 25 Server (Jahr 2007) 2 Server ( Jahr 2008) (Quellen: eserver (2008), Billich (2008), BMU (2008)). 019

20 Energieeffiziente Rechenzentren Best-Practice-Beispiele aus Europa, USA und Asien Herausgegeben vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2008) 11 Best Practice Beispiele aus Europa, USA und Asien Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit Internet: 020

21 Konsolidierung und Virtualisierung der Rechenzentrum der Stadtverwaltung Kopenhagen Andreas Hare war mit 8 weiteren Kollegen am Projekt beteiligt. Dabei konsolidierten sie 15 kleine Rechenzentren in einen neuen 230 m 2 großen Serverraum, und reduzierten die Anzahl von 700 Server auf lediglich 80! Die Energieeinsparung liegt somit bei 75%. Energieeinsparung = 75% Reduzierung der Energiekosten = /a 021

22 Das integrierte Energiekonzept im Rechenzentrum des Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern Franz Josef Pfreundt war für die Koordination der Bauplanung verantwortlich. Das Ergebnis: DCIE = 70% PUE = 1,43 Åalle Desktop PCs wurden durch Thin Client & Server Based Computing ersetzt ÅDie Rechenleistung wurde im Rechenzentrum gebündelt ÅRegelung der Ablufttemperatur auf ca. 30 C. ÅDas ITWM hat mit Pegasus den energieeffizientesten Supercomputer der Welt ( Green500 -Rankingliste). 022

23 Server Based Computing am Gymnasium Humboldschule Hannover Claus-H. Schröder verwandelte die 100 PCs der Schule in Terminalarbeitsplätze, mit dem Ziel eine effizientere Administration zu gewährleisten. Er wähle 5 energiesparende Server aus, die jeweils nur 35 Watt benötigen. Durch den geringen Energieverbrauch der Server ist im Kellerraum des Rechenzentrums keine Klimatisierung notwendig. DCIE = 86% PUE = 1,16 Der Energiesparserver benötigt nur 35 Watt 023

24 Fazit und Handlungsbedarf Fazit Å Energiebedarf von Rechenzentren ist und bleibt ein wesentliches Thema (steigende Tendenz) Å Low hanging fruits vorhanden Å Steigerung Energieeffizienz von Rechenzentren: Kein Innovations-, sondern ein Diffusionsproblem! Literatur: Fichter, K. (2007): Zukunftsmarkt energieeffiziente Rechenzentren, Berlin BMU (Hrsg.) (2008): Energieeffiziente Rechenzentren. Best Practice-Beispiele aus Europa, USA und Asien. Kostenlos verfügbar unter 024

25 Kontakt Dr. Ralph Hintemann Senior Researcher Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit ggmbh Clayallee 323 D Berlin, Germany Tel. +49.(0) Fax +49.(0)

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