Ökonomie trifft Ökologie

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1 Ökonomie trifft Ökologie Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnik zur Schonung des Geldbeutels und der Umwelt Dr. Ralph Hintemann, BITKOM Wien, 24. April 2008

2 Agenda/Inhalt ITK und Energieeffizenz Überblick Energieverbrauch von ITK aktueller Status Entwicklungsszenarien Motive für Unternehmen Kostenentwicklung andere Motive Hemmnisse Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Serverhardware Konsolidierung/Virtualisierung/Software Rechenzentrum Zusammenfassung 2

3 Agenda/Inhalt ITK und Energieeffizenz Überblick Energieverbrauch von ITK aktueller Status Entwicklungsszenarien Motive für Unternehmen Kostenentwicklung andere Motive Hemmnisse Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Serverhardware Konsolidierung/Virtualisierung/Software Rechenzentrum Zusammenfassung 3

4 ITK und Energieeffizienz Überblick ITK hilft, Energie zu sparen Effizienzsteigerungen Produktion, Produktnutzung, Logistik, Verwaltung, etc. Beispiel Videokonferenzen moderne HD-Systeme sehr hohe Auslastungen selbst höhere Investitionen rechnen sich sehr schnell wirtschaftlich und ökologisch ITK braucht aber auch Energie Gartner: 2% des weltweiten Energieverbrauchs durch ITK (entspricht Flugverkehr), Tendenz steigend Aber: ITK trägt zu 6 % der weltweiten Wertschöpfung bei (Faktor 3 besser als der Durchschnitt aller Branchen) Noch Einsparpotenziale vorhanden 4

5 Agenda/Inhalt ITK und Energieeffizenz Überblick Energieverbrauch von ITK aktueller Status Entwicklungsszenarien Motive für Unternehmen Kostenentwicklung andere Motive Hemmnisse Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Serverhardware Konsolidierung/Virtualisierung/Software Rechenzentrum Zusammenfassung 5

6 Energieverbrauch von Rechenzentren Mögliche Entwicklung in den USA jährlicher Stromverbrauch (Mrd. kwh) historische Entwicklung Mögliche künftige Entwicklungen historischer Trend aktueller Effizienz- Trend verbesserter Betrieb Best Practice State of the Art Quelle: US EPA

7 Energieverbrauch von Rechenzentren Mögliche Entwicklung in Deutschland jährlicher Stromverbrauch (Mrd. kwh) 3,98 Mrd. kwh historische Entwicklung 8,67 Mrd. kwh Mögliche künftige Entwicklungen 12,88 Mrd. kwh aktueller Effizienz- Trend Best Practice 6,16 Mrd. kwh 4,48 Mrd. kwh State of the Art Quelle: Fichter, Borderstep Institut

8 Agenda/Inhalt ITK und Energieeffizenz Überblick Energieverbrauch von ITK aktueller Status Entwicklungsszenarien Motive für Unternehmen Kostenentwicklung andere Motive Hemmnisse Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Serverhardware Konsolidierung/Virtualisierung/Software Rechenzentrum Zusammenfassung 8

9 Steigende Ausgaben Strom- und Kühlkosten Quelle: IDC

10 Stromkosten von Rechenzentren in Deutschland Quelle: Fichter, Borderstep Institut

11 Steigende Energiedichte in Rechenzentren Quelle: Uptime Institute

12 Motive für Unternehmen Stromrechnung steigt deutlich Rechenzentren, vorhandene Infrastruktur oft nicht ausreichend: Versorgung mit ausreichender Stromleistung? Abführen der entstehenden Wärme? Coporate Social Responsibility: Verantwortung für Umwelt und Gesellschaft Aber: Anteil der ITK-Stromkosten an den Gesamt-Stromkosten häufig gar nicht bekannt Neue Investitionen nötig Umstellung von Konzepten erforderlich (z.b. Virtualisierung), auch: Never Touch a Running System -Mentalität 12

13 Agenda/Inhalt ITK und Energieeffizenz Überblick Energieverbrauch von ITK aktueller Status Entwicklungsszenarien Motive für Unternehmen Kostenentwicklung andere Motive Hemmnisse Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Serverhardware Konsolidierung/Virtualisierung/Software Rechenzentrum Zusammenfassung 13

14 Entwicklung des Energieverbrauchs in Rechenzentren - Anteile der einzelnen Verbraucher in den USA Quelle: US EPA 14

15 Unterschiedliche Auslastungen bei unterschiedlichen Serverkonzepten (typisch) Genutzt Ungenutzt Mainframe UNIX x86 15

16 Beispielrechnung Industriestandardserver 400 W Stromverbrauch bei normaler Auslastung eines 2 Sockets Servers 24 Stunden 365 Tage kwh 0,10 pro kwh Gesamt 350,- pro Jahr Wenn die Performance pro Watt in den nächsten Jahren gleich bleibt, könnte es leicht passieren, dass die Energiekosten die Kosten für die Hardware übertreffen, und das möglicherweise sogar deutlich. (Luiz Andre Barroso, Google) Plus: Energiekosten für Klimatisierung, USV, etc. (+ 50 bis 200 %) 16

17 Stromverbrauch pro Server CPU ist größter Verbraucher AMD vs Intel Niedrige Spannung vs Top-Performance Speicher Modulgröße Bauart Hersteller Lüfter Große Lüfter verbrauchen weniger Strom als kleinere Festplatten Format 3,5 vs 2,5 Geschwindigkeit 15k, 10k, 7,2k Netzteil Lüfter Netzteil Effizienz des Netzteils bei verschiedenen Lastpunkten Betriebspunkt (N+1-Redundanz) Verteilung des Stromverbrauchs * Festplatten * * * Speicher 17

18 Nutzen von energieoptimierten Servern Standard-Server E5320 CPU, 8x 1GB RAM, 6x HDD 3,5 15K Energieoptimierter Server L5320 CPU, 4x 2GB RAM, 6x HDD 2,5 10K * MoBo * Lüfter * PSU * Energieeinsparung 94 p.a * PSU * CPU * Festplatten * Speicher * CPU * Lüfter * Speicher * Festplatten * MoBo errp SPECint_rate_base 148 Energiekosten 304,- / Jahr errp SPECint_rate_base 148 Energiekosten 210,- / Jahr 33 % Einsparung durch andere Komponenten, v.a. LV-Prozessoren 18

19 Konsolidierung (ein Beispiel) Terminal-Services werden von Dual Processor-Systemen bereitgestellt Tool für User Simulation Benchmark Single Core: 127 Benutzer Quad Core: 300 Benutzer Nutzungs-Szenario: Benutzer des Terminal-Servers mit gleichem Service Level Agreement entweder 20 Single-Core-Server oder 8 Quad-Core-Server erforderlich 60+ % Stromverbrauch einsparen bei Versorgung der vorhandenen Benutzer Anz. Knoten Tägliches Belastungsprofil Anz. Knoten Gesamteinsparung 75 % Single Core 3 3 Quad Core Zeit Zeit 19

20 Virtualisierung ist ein starker Hebel für energieeffiziente Server Serverkonsolidierung mittels Virtualisierung ist ein sehr effektiver Ansatz für die Steigerung der Energieeffizienz 20

21 Ansatzpunkt Software Software meist nicht Effizienzoptimiert insbesondere Standard-Software z.t. Neuentwicklungen/Eigenentwicklungen lohnend hohe Potenziale 21

22 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 22 22

23 Kalt-/Warmganganordnung 23

24 Kalt-/Warmganganordnung mit Luftdurchmischungen (Bypässe/Rezirkulationen) 24

25 Abhilfe, z.b. Einhausung des Kaltganges 25

26 Hot Spots im Rechenzentrum vermeiden Air Conditioning Units Hot Spot Area 26

27 Einsatz von lokaler Wasserkühlung (z.b. Nachrüstung durch Rücktürlelemente) Air Conditioning Units 27

28 Temperatur im Rechenzentrum Empfehlung: Raumtemperatur bis 26 C (oder höher) Realisiertes Beispiel: Erhöhung der Raumtemperatur um 5 C Reduzierung der Betriebskosten für die Klimaanlage um > 30 % 28

29 Entwicklung der Wirkungsgrade bei Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) IGBT=Insulated Gate Bipolar Transistor 29

30 Beispielrechnung: Einsparungen durch energieeffiziente USV USV Typ 1 USV Typ 2 USV Typ 3 USV Typ 4 USV Typ 5 Wirkleistung der Verbraucher in Kilowatt (kw) Wirkungsgrad der USV in % 96,0% 94,0% 92,0% 90,0% 88,0% Eingangsleistung der USV in kw 104,2 106,4 108,7 111,1 113,6 Verlustleistung der USV in kw 4,2 6,4 8,7 11,1 13,6 Kilowattstunde (kwh) pro Jahr Stromkosten in EUR pro kwh 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Mehrkosten durch Verlustleistung pro Jahr (ohne Kühlung) 3.650, , , , ,45 30

31 Agenda/Inhalt ITK und Energieeffizenz Überblick Energieverbrauch von ITK aktueller Status Entwicklungsszenarien Motive für Unternehmen Kostenentwicklung andere Motive Hemmnisse Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Serverhardware Konsolidierung/Virtualisierung/Software Rechenzentrum Zusammenfassung 31

32 Zusammenfassung Ansatzpunkte zur Energieeinsparung Verbrauch der Systeme reduzieren Effiziente Hardware hängt sehr stark vom Design ab Richtige Komponentenauswahl und Dimensionierung reduzieren den Energieverbrauch Infrastruktur optimieren Konsolidierung auf höchst leistungsfähige Systeme reduziert die Stromrechnung Optimiertes HW Kühlungs- und Rechenzentrums-Design eliminiert Ausfälle und reduziert TCO Effiziente Nutzung der Ressourcen Konsolidierung und Virtualisierung können den Energieverbrauch stark reduzieren Optimierte Infrastruktur erlaubt, dass nicht genutzte Maschinen ausgeschaltet werden können 32 32

33 Fragen? 33

34 Kontakt Dr. Ralph Hintemann Bereichsleiter IT-Infrastruktur & Digital Office BITKOM - Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.v. Albrechtstraße 10, Berlin Phone: +49 / 30 / Fax: +49 / 30 / Mobil: +49 / 175 / r.hintemann@bitkom.org URL: 34