Green IT Fraunhofer ITWM Rechenzentrum

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1 Green IT Fraunhofer ITWM Rechenzentrum PUE = 1,35 Green IT Performance Power Usage Efficiency PUE/ERE ATA Tagung 2011 Bremen, Dr. Franz-Josef Pfreundt Division Director. CIO

2 Fraunhofer Institiut für Techno und Wirtschaftsmathematik Fluid dynamics Dynamics - Durability Systemanalyse Prognose Image Anaysis Finance Mathematics Optimization Competence Center for High Performance Computing

3 Competence Center for High Performance Computing Business Fields HPC-Tools Cloud Computing Visual Analytics Seismics parallel programming models distributed computing parallel algorithms parallel file systems Research ray tracing in visualization seismic imaging smart grids

4 Neubau Fraunhofer Zentrum Kaiserslautern qm Nutzfläche, 600 Mitarbieter IESE und ITWM Energiekonzept integraler Bestandteil der Bauplanung

5 Vorgehensweise im Detail Reduzierung des Energieverbrauches Architekturkonzept Gebäudehülle, passive solare Gewinne, Tageslicht, EDV Geräte Optimierung der Energienutzung Nutzung von Abwärme, Betrieb, Regelungskonzepte, passive gegenüber aktiven Maßnahmen bevorzugen Minimierung des Primärenergieverbrauches Kraft-Wärme-Kälte Kopplung, Fernwärme Nutzung regenerativer Energien Umweltenergie ( Erdreich, Luft), Fotovoltaik das Nutzerverhalten berücksichtigen Unfähigkeit richtiges Lüften zu lernen...

6 Atrien als Teil des Architektur- und Energiekonzeptes kostengünstiges und energieeffizientes Bauen Rolle der Atrien fördern die Kommunikation schaffen räumliche Nähe zwischen Abteilungen und Gruppen Ruhe und Emissionsschutz Glasfassade Lüftungskomfort für innenliegende Denkzellen attraktiv solare Energiegewinne integraler Bestandteil des Energiekonzeptes Kosten Baubudget ging von Standardgebäude aus Mehrkosten (Glas) intelligent Kosten sparen einfaches massives Kalksandstein-Mauerwerk Wärmedämmung kann wegfallen einfache Schiebe Fenster (falsch herum eingebaut) kleine bis keine Heizkörper Simulation des Temperaturverhaltens Nutzung der Rechnerabwärme zur Erwärmung der Atrien

7 ITWM Rechenzentrum Tier 2 RZ Nutzer : Wissenschaftler, Softwareentwickler kleine Verwaltun HPC Teil : 400 Server, Infiniband, 300 TB Storage, Parallele Dateisysteme,(GPFS, FHGFS) Simulationssoftwarepaketen CAE, CAD, CFD, MKS,.. Server Betriebssystem SUSE Linux Infrastrukturteil : ca 100 Server 10 Gbit Ethernet Backbone, 100 TB zentraler Storage, paralleles Filesystem + NFS Backup /Archiv : IBM Tivoli, 0.5 PB Linux auf dem Desktop seit 1996

8 HPC Produktions Systeme IBM Cell 70 Blades = 1120 cores Peak TFlop = 28 Power consumption = 18 KW Green #1 Top #464 File System : FhGFS 270 Blades = 1080 cores INTEL Peak TFlop = 10,3 Power consumption = 80 KW Green #33 Top #134 File System : GPFS

9 Konsolidierung vor Virtualisierung Thin Client Konzept Umsetzung seit 2001 Ziele - Erhöhung der Nutzerkomforts + Leistung - Lärm - Klima - Reduktion des Wartungs- und Support Aufwandes - Höhere Flexibilität - Windows Linux HPC - Höhere Betriebsstabilität - weitere Konsolidierung - Sanfte Migration bei hoher Nutzerakzeptanz - Nutzung der Abwärme

10 Konsolidierung vor Virtualisierung 2005 Umzug in Neubau Abwärmenutzung zur Beheizung der Atrien Generation von Thin Clients (ELUX) Konsolidierung der TS auf Multicore Systeme Konsolidierung der Grafikarbeitsplätze 2008 Virtualisierung mittels XEN und ESX Nutzung der Live Migration zur Optimierung der Auslastung Identifikation von Nutzerprofilen, Programmen Verschiebung von Compute intensiven Berechnungen auf die HPC Systeme

11 Kühlung mit Außenluft und mit Luft aus den Atrien Einhausung Kaltgang nur Kontrolle der Zulufttemperatur notwendig ( < 25 Grad)

12 Lüftungssituation im Winter Büros werden direkt über den Erdkanal mit erwärmter Luft versorg t Atrien werden über die Rechenzentren mit erwärmter frischer Luft versorgt.

13 Kraft - Wärme - Kälte - Kopplung Absorptionskältemaschine-Prinzip Vorteil: BKHW kann auch im Sommer Strom produzieren und die Abwärme kann zum Kühlen genutzt werden

14 Energiefluss 2009

15 PUE Power Usage Efficiency Stromverbrauch RZ ITWM + IESE: 1.532,0 MWh 1.631,4 MWh 1.466,0 MWh 1.587,5 MWh Stromverbrauch Kälte: 215,7 MWh 183,1 MWh 149,1 MWh 129,2 MWh Stromverbrauch Lüftung: 398,5 MWh 377,2 MWh 414,9 MWh 472,5 MWh Stromproduktion BHKW: 1.210,0 MWh 1.080,4 MWh 1.112,0 MWh 1.008,9 MWh Wärmeproduktion BHKW: 2.003,9 MWh 1.933,5 MWh 1.881,0 MWh 1.681,0 MWh PUE 1,45 1,39 1,43 1,43 Mit aktueller Technik kann man besser werden: ( Erweiterungsbau) Direkte Heiß-Wasser Kühlung der Rechner Nutzung von Solarer Wärme zur Kühlung im Sommer Kältespeicher ( Kälte nicht nur für Rechner)

16 HPCwire Readers Choice Award For Best Application of Green Computing in HPC #1 Green 500 in 2008 Fraunhofer Cell Cluster war weltweit Nummer 1 bzgl. Energieeffizienz innerhalb der Top 500 Rechner. Messeinheit : Mflop/Watt beziehen sich auf den Linpack Benchmark

17 Anwendungseffizienz Life Sciences Anwendung Sequence Correlation Benchmark Human Genome Rechenzeit für das Human Genome Energieaufwand Kosten Pegasus ( 1000 cores) : 10 Tage kwh 648 Euro Herkules ( 1000 cores) : 1290 Tage kwh Euro

18 Anwendungseffizienz Financial Services Anwendung Monte Carlo Simulation Asiatische Option Code der Fachabteilung x86 : 21.9 sec Hochoptimierte Code für Cell : 1,1 sec Equity Derivate Kundensystem x86 cores 365 Tage auf Kundensystem Energieaufwand Kosten Pegasus kwh Euro Kundensystem kwh Euro

19 Green IT bei compute intensiven Anwendungen braucht optimal ausgelegte Rechnersysteme Leistung /Watt integrierte Planung des RZ PUE / ERE effiziente Anwendungen!! Das ist der schwierigste Teil Was bedeutet Green IT eigentlich : (IT) Dienstleistung mit minimalem Primär Energieverbrauch erbringen Nicht vergessen: Die Herstellung der Hardware kostet auch sehr viel Energie!

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