Watt is los? Energieeffizienz in der IT - Hype oder Realität

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1 Watt is los? Energieeffizienz in der IT - Hype oder Realität Arbeitskreis Informationstechnik des VDE/VDI München, TU München Michael Löbmann Senior Consultant Consulting Services & Datacenter Solutions

2 Computacenter Europas führender herstellerübergreifender IT-Dienstleister Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 3,5 Mrd. Euro Umsatz in 2007 UK Deutschland Standorte in Aberdeen, Belfast, Birmingham, Bristol, Cardiff, Edinburgh, Gatwick, Hatfield, Leeds, London, Manchester, Milton Keynes, Reading, Watford Standorte in Aachen, Berlin, Bielefeld, Cottbus, Erfurt, Essen, Frankfurt, Hamburg, Hannover, Heilbronn, Kassel, Kerpen, Kiel, Köln, Leipzig, Ludwigshafen, München, Nürnberg, Ratingen, Rostock, Saarbrücken, Stuttgart, Wolfsburg Frankreich Standorte in Bordeaux, Dijon, Grenoble, Lille, Lyon, Marseille, Nantes, Nizza, Orléans, Paris, Pau, Rennes, Rouen, Straßburg, Toulouse Benelux Standorte in Brüssel, Luxemburg, Amsterdam 2

3 Unsere Mission ist es, IT-Dienstleistungen und -Lösungen zu liefern, die es unseren Kunden ermöglichen, ihre Ziele zu erreichen. 3

4 Energieeffizienz im Rechenzentrum 4

5 Zur Einstimmung Fragen an das Publikum Wie hoch schätzen Sie die Stromkosten/den Gesamtstromverbrauch aller deutschen Rechenzentren für das Jahr 2006 in kwh? Wer sind die größten Stromfresser? Wie hoch schätzen Sie die Gesamtverlustleistung (in ) in einem Rechenzentrum? Was treibt die IT immer noch so nach vorne? Ich dachte der Boom ist vorbei? Wie viele RZ weltweit werden nächstes Jahr den Hitzetod sterben? 5

6 Rechenzentren in Deutschland Stromverbrauch und - Kosten 2000: 3,98 Mrd kwh 2006: 8,67 Mrd kwh Kosten Medium RZ: ca k p.a Kosten Web-Hoster: ca. 4 Mio p.a Quelle: Fichter, Klaus: Zukunftsmarkt energieeffiziente Rechenzentren. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU); (Borderstep Institut);

7 Wer sind die Hauptverursacher? In den USA Quelle: US EPA (U.S. Environmental Protection Agency, Energy Star Program): Report to Congress On Server and Data Center Energy Efficiency, Public Law ;

8 Wer sind die Hauptverursacher? In der EU die gleiche Situation Stromverbrauch in Rechenzentren (EU 27)* Stromverbauch Rechenzentren in Euro (EU27) Network; Storage; High End Servers; Midrange Servers; Infrastructure; Volume Servers; Gesamtkosten 2006 (EU 27): Euro *Annäherung auf der Basis der Stromkosten für Industriekunden in D 8

9 Verteilung Stromverbrauch im RZ Stromverbrauch im RZ Anteile am RZ-Stromverbrauch Büro Klimatisierung; 1 Licht; 2 Gebäude Klimatisierung; 3 RZKlimatisierung; 36 Diverses; 12 IT; 46 Anteile am Server-Stromverbrauch Arbeitsspeicher; 11 PCI; 3 Motherboard; 4 Festplatten; 6 Anteile am IT-Stromverbrauch Netzwerk; 15 Storage; 35 Server; 50 Auslastung Server Prozessor; 30 Last; 20 Standby; 2 Diverses; 44 Ungenutzt; 80 9

10 Wie misst man Rechenzentrumseffizienz? Stellt den totalen Stromverbrauch des Rechenzentrums zum IT-Stromverbrauch als Verhältnis dar. HousingAnbieter Ziel Viele RZs Beste Effizienz 1.5 Schlechteste Effizienz Energieeffizienzfaktor RZ = Gesamtverbrauch / IT-Verbrauch 10

11 Wenn wir auf Sie gehört hätten 11

12 Müsste ich das nicht zitieren um das Jahr 2000 herum hat die Zahl der Computer die der Menschen überholt. Heute sind es schon DREIMAL so viele Computer wie Menschen 12

13 Wussten Sie, dass...eine Suchanfrage bei so viel Strom verbraucht wie eine Elf-Watt-Energiesparlampe pro Stunde....eine Figur (Avatar) in Second Life im Schnitt 1752 Kilowattstunden pro Jahr verbraucht mehr als ein echter Mensch in Indien.... das Video-Portal YouTube alleine so viel Datenverkehr produziert wie das gesamte Internet vor 2 Jahren! 13

14 Viele Server auf wenig Platz Steigende Energiedichte Verzehnfachung der Energiedichte! Quelle: ASHRAE 2/

15 Stromverlust Der weite Weg vom Bergwerk zur IT Ca. 20 Übertragungsverluste Verteilung Stromverbrauch im RZ Büro Klimatisierung; 1 Licht; 2 Gebäude Klimatisierung; 3 RZKlimatisierung; der Primärenergie nutzbar im RZ Diverses; 12 IT; 46 Netzteil Verlustleistung Wirkungsgrad Steinkohle: 1 kwh entspricht mit dem derzeitigen Wh (1 kg) Strommix in Deutschland ca. 500 g CO2-Ausstoß In diesem Beispiel werden also 14 der Primärenergie ca. 4 kg CO2 unnötigerweise für IT-Load nutzbar emittiert. 0W EVU W Last W der Primärenergie für Serverleistung nutzbar 1-2 der Primärenergie für Server-Load genutzt Last; 20 Steinkohle: Wh (10 20 g) für genutzte Serverleistung Ungenutzt; 80 15

16 Eines ist auch sicher: Stromkosten steigen stetig Entwicklung Strompreise in Deutschland 0,16 0,14 Euro/kWh 0,12 0,1 Industrielle Abnehmer 0,08 Private Haushalte 0,06 0,04 0, Jahr Quelle: Eurostat Preise ohne Steuern und sonstige Abgaben Das sind durchschnittlich 11 Wachstum in den letzten Jahren! 16

17 Zusammenfassung IT ist überall & die Anforderungen steigen Infrastruktur und Server sind derzeit die größten Stromabnehmer Energiekosten steigen um ca. 11 pro Jahr Der Anteil der Energiekosten wird in den nächsten Jahren 50 der Betriebskosten erreichen (aktuell ca ). Fast 2/3 der Energie gehen durch Ineffizienz verloren 50 der Rechenzentren weltweit werden das nächste Jahr nicht überstehen 17

18 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Effiziente Hardware Effiziente Hardware Oder: was kann man besser machen? 18

19 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Konsolidierung Effiziente Hardware Oder: was kann man besser machen? 19

20 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Konsolidierung Effiziente Hardware Oder: was kann man besser machen? 20

21 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Konsolidierung Effiziente Hardware Oder: was kann man besser machen? 21

22 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Effiziente Hardware Effiziente Hardware Energieeffizienz im Rechenzentrum - Effiziente Hardware 22

23 Optimaler Arbeitspunkt Server Typischer Stromverbrauch Server Watts Load 23

24 Vergleich Netzteile Alt und Neu Energieeffizienz von Netzteilen Effizienz Modernes Netzteil 50 "Altes" Netzteil Last 24

25 Vergleich Netzteile Alt und Neu Energieeffizienz von Netzteilen Effizienz Modernes Netzteil 50 "Altes" Netzteil Last 25

26 Optimaler Arbeitspunkt Netzteil Energieeffizienz von Netzteilen Effizienz Modernes Netzteil 50 "Altes" Netzteil Last 26

27 Einsparpotentiale Server Standard Server Intel XEON E x 1 GB RAM 6 x HDD 3, UPM SPECint_rate_base=148 Standard Server N et zt ei l C PU Fe st pl at Ar te be n its sp ei ch er rb oa rd M ot he Lü fte r Energiekosten ca. 304 / Jahr Energiesparender Server Energiesparender Server Intel XEON L x 2 GB RAM 6 x HDD 2, UPM SPECint_rate_base=148 SPECint_rate_base entspricht Performance/Leistung pro WATT, d.h. beide Server liefern hier die gleiche Performance pro Watt, allerdings benötigt der energiesparende Server weniger Energie Energiekosten ca. 210 / Jahr 31 Einsparung durch andere Komponenten, v.a. energieeffizienten Prozessoren 27

28 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Konsolidierung Effiziente Hardware Energieeffizienz im Rechenzentrum - Konsolidierung 28

29 Entwicklung im Rechenzentrum Flexibilität Services statt Server Entkopplung der Applikation von Hardware Reduzierung der Komplexität Virtualisierung Standardisierung Bessere Ressourcenauslastung höhere Flexibilität Vereinfachung Administration Computer managen Computer Utility Computing Automatisierung Regelbasierte Erfüllung der Serviceanforderung Reduzierung der operativen Kosten und volle Nutzung der Virtualisierung Zeit heute 29

30 Energie sparen durch Virtualisierung Watt / Einheit Anzahl Watt / Gesamt kwh/a Stromkosten Euro/kWh Kosten p.a. Summe p.a. Einsparungen pa. RZ-Effizienzfaktor Summe p.a. inkl. RZStromkosten Einsparungen p.a. Standard Virtualisierte Umgebung für 268 Systeme HP Blades BL20p HP DL 580 G5 EMC CX300 Brocade DS ,094 0,094 0,094 0, , , ,60 98, , , ,76 2,5 2, ,44 Standard , ,41 Virtuell 617,58 81,80 auf Server (vornehmlich Blades) wurden 535,78 Systeme virtualisiert (inkl. SAN) Stromkosten pro System p.a. Einsparungen pro System p.a. 30

31 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Konsolidierung Effiziente Hardware Energieeffizienz im Rechenzentrum - Bedarfsgerechter Betrieb 31

32 Wunsch und Wirklichkeit? Wirklichkeit? & Wunsch 32

33 Bedarf steuert Versorgung Bedarfsgerechte Versorgung (serviceorientierte Versorgung) sorgt für höchste Effizienz SLA-angepasster Betrieb (sind alle Systeme 24x7? Welche Systeme werden zu bestimmten Zeiten nicht benötigt) Abrechnung der Stromkosten für hochverfügbare Systeme wird ein relevanter Parameter Dynamische IT sorgt für optimale Auslastung durch Konzentration der Last auf die notwendigen Systeme Power Management der nicht benötigten Systeme (z.b. abschalten, Suspend); ACPC (Automated Control of Power Consumption) Durch Kenntnis der Konfigurationen optimale Aufstellung neuer ITSysteme im RZ, dadurch optimale Ausnutzung der Kühlung 33

34 Zusammenfassung Es ist nicht die stärkste Art, die überleben wird, auch nicht die intelligenteste, sondern die anpassungsfähigste. Charles Darwin,

35 BasisInfrastruktur Bedarfsgerechter Betrieb Konsolidierung Effiziente Hardware Energieeffizienz im Rechenzentrum - Basisinfrastruktur 35

36 Wie ein Rechenzentrum aussehen kann... Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften 36

37 ... und nicht aussehen sollte 37

38 Welche Klimatisierung für was? kw/rack Klassische Raumluftkühlung Gekühlte Racktür Cold Air Containment System Wassergekühlte Racks Hot Air Containment System (Kühlgerät in Rackreihe) Kühlmittelbasierte Rackkühlung 38

39 Klassische (gar nicht so schlechte) Kühlung 39

40 Klimamodelle oder die Intuition muss nicht immer stimmen 95 open tile Bodenplatte zu 95 geöffnet führt zu höherer Ansaugtemperatur Bodenplatte zu 5 geöffnet führt zu geringerer Ansaugtemperatur 40

41 Handlungsempfehlungen Wir kühlen das RZ nicht auf Kühlschrankniveau Wir blasen die Luft vor, nicht hinter die Server Wir stellen die Server Rücken an Rücken Wir verblenden die Leerflächen in Racks Wir räumen den Doppelboden aus Wir stellen die Rückkühler in den Schatten Wir halten den Messfühler auf 2m Abstand 41

42 Gesamtsicht ist notwendig Image Applikationen Power Mgmt Virtualisierung Wirtschaftlichkeit Auslastung Stellplatz Endgeräte Lage RZ Klimatisierung Racklösungen USV 42

43 Haben Sie noch Fragen? Wir helfen Ihnen gerne weiter. 43

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