» Das Cloud-Labor. » Effizienz auf dem Prüfstand. future thinking. Marc Wilkens Sinsheim,

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1 » Das Cloud-Labor» Effizienz auf dem Prüfstand future thinking Marc Wilkens Sinsheim,

2 GGC-Lab: Die Projektpartner Technische Universität Berlin 2

3 Vorstellung GGC-Lab: Übersicht und Einflussfaktoren 3

4 RZ-Infrastruktur und KÜHLSYSTEME Cloud Computing Kälteanlagen Pumpen Wärmelast??? Virtualisierung STROMVERSORGUNG Auslastung Notstromaggregate??? Transformator Zentrales Schaltbrett Ventilatoren Befeuchtung USV SUV IT SYSTEME Server Speicherung Auslastung steigt Eigenerzeugung SONSTIGES Mess-, Steuer- u. Regelungstechnik Netzwerk Telekommunikation Auslastung steigt!!! Beleuchtung Brand- und Gefahrenschutz 4

5 Problem: Kühlung und Strom am Limit Anstieg der Nachfrage für IT-Dienstleistungen zusätzliche Server benötigen mehr Strom und Kühlung Aber: Kühlkapazitäten für die bestehende IT-Last schon am Limit Kühlung COP: 2,0 (keine Freie Kühlung) Was tun? Abb. 1: Temperaturverteilung im Kaltgang 2008/2009 schnell ein neues RZ bauen? oder kann man den Bestand noch optimieren? Virtualiseren? Cloud Computing? Strombedarf senken? 5

6 Best-Practice: regio it RZ-Fläche: 220 m2 (für 6 Serverräume) IT-Equipment: über 50 racks mit 480 Servern Nennleistung IT: 150 kw Verfügbarkeit: Tier II teilw. Tier III Umsetzung der Maßnahmen: Ausgangslage Rechenzentrum Kontakt: Bernhard Barz, Tel: Strombedarf IT: Strombedarf Infrastruktur: Leistungsdichte: Energiedichte: 1,25 GWh pro Jahr 0,64 GWh pro Jahr 2,5 kw pro Rack kwh pro m2 DCiE = 65% (PUE =1.52) 6

7 Ergebnisse Forschung Planung + Realität: Leistungsdichte in deutschen RZ Aktueller Stand» Leistungsdichten aus dem Data Center Benchmark: Herstellerangaben» Verhältnis Stromverbrauch Server zu Nennleistung Netzteil: Leistungsdichten Einheit 100% Last 30% Last Min. 0,6 kw / Rack Max. 10 kw / Rack Median 3 kw / Rack Average 4 kw / Rack Quelle: aktuelle Auswertung aus dem Data Center Benchmarking der TU Berlin, Stand Min 0,18 0,09 Max 0,90 0,55 Median 0,37 0,23 Average 0,38 0,25 Quelle: Auswertung TU Berlin aus SPEC Power Daten, insgesamt 250 Datensätzen Fazit: Die Netzteile der Server sind fast immer überdimensioniert! Vermutung: hier ist noch viel Luft für Virtualisierung! Also: keine Gefahr bzgl. max. Anschlussleistung! 7

8 Ergebnisse Forschung zukünftige Energieproportionalität von Volume -Servern Prognose der auf Basis der SPECpower_ssj2008-Daten (Ppeak-Pidle)/Ppeak 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 SpecPower AVG 5th Percentile 95th Percentile 0, Quellen: Dittmar, Schödwell und Wilkens

9 Ergebnisse Forschung Modellierung und Simulation 9

10 Ergebnisse Forschung Bsp. Serverraumtemperatur ca. 120 MWh 10

11 Forschung Praxis Erstes Energieeffizienz-Konzept Für einen der 6 Serverräume Raum-Fläche: ca. 40 m2 IT-Equipment: 10 racks mit ca. 90 Servern Nennleistung IT: ca. 25 kw soll bei gleicher max. elektrischer Anschlussleistung folgendes Ziele erreicht werden: Mehr IT-Leistung mit der bestehenden Kältetechnik Maßnahmen: Optimierung der Luftführung und Temperaturanhebung Virtualisierung der Server 11

12 Forschung Praxis 1. Maßnahme: Messungen 36 neue Messpunkte im Serverraum A: Temperaturen an den Racks Temperaturen im Doppelboden Volumenströme im Doppelboden Volumenströme an den Lochplatten Quelle: dezem Temperaturlanschaft 12

13 Forschung Praxis 2. Maßnahme: Verbesserte Luftführung und Kühlung 1. Kaltgangeinhausung 2. Blindplatten 4. Anhebung der Temperaturen: Luft-Eintritts- und Austrittstemperaturen an den Umluftklimaschränken (ULK) von 14/21 C auf 16/24 C. Abb. 1: Kaltgangeinhausung 3. Doppelbodenabdichtungen Abb. 3: Dopplebodenabdichtung (Bsp.) Abb. 2: Blindplatten (Bsp.) Die ULK s können mit einer größeren Temperaturspreizung (dt=7 K) fahren und die Effizienz der Wärmeübertragung verbessert sich deutlich. 13

14 Forschung Praxis 3. Maßnahme: Virtualisierung Die Anzahl virtueller Server im Serverraum A konnte deutlich erhöht werden:» von 90 physische Servern mit 24 virtuellen Servern» auf 105 physische Server mit 151 virtuellen Servern Bei gleicher max. elektr. Anschlußleistung von 150 kw und mit der bestehenden Kühltechnik! 14

15 Praxis Ergebnis: zusätzliche Wertschöpfung Aktueller Stand Rechenzentrum (2011) Strombedarf IT: 1,27 GWh pro Jahr Strombedarf Infrastruktur: 0,61 GWh pro Jahr DCiE = 68% (PUE =1.48) nahezu konstant Vorher (2010) Strombedarf IT: Strombedarf Infrastruktur: Leistungsdichte: Energiedichte: DCiE = 65% (PUE =1.52) 1,25 GWh pro Jahr 0,64 GWh pro Jahr 2,5 kw pro Rack kwh pro m2 Aber: 127 zusätzliche virtuelle Server!!! für einen Serverraum mit 10 Racks Mittlerweile für das gesamte RZ: von 480 physische Servern mit 120 virtuellen Servern auf 500 physische Server mit 750 virtuelle Server 15

16 Praxis Ergebnis: Wirtschaftlich Für die Optimierung der Luftführung (ohne Betrachtung der Virtualisierung) in einem der 6 Serverräume:» Investitionskosten Kühlung: weniger als » Betriebskosten (Strom): um 15% gesenkt (zwischenzeitlich)» Amortisationszeit: weniger als 1 Jahr* *ohne Betrachtung der zusätzlichen Wertschöpfung, die durch die neuen virtuellen Server entsteht. 16

17 Ansprechpartner GGC-Lab Dipl.-Ing. Marc Wilkens wissenschaftlicher Mitarbeiter Projektleitung GGC-Lab TU Berlin Technische Universität Berlin Fachgebiet IuK-Management Straße des 17. Juni 135, Berlin Tel: +49 (0) 30 / marc.wilkens@tu-berlin.de Bernhard R. Barz IT-Sicherheitsbeauftragter Gesamtprojektleitung GGC-Lab regio it gesellschaft für informationstechnologie mbh Lombardenstr. 24, Aachen Tel: bernhard.barz@regioit.de 17

18 Back Up Folien 18

19 Energieeffiziente IKT für Mittelstand, Verwaltung und Wohnen IT2Green Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert mit dem Programm IT2Green innovative Modellprojekte, die den Energiebedarf von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) in Rechenzentren, Telekommunikationsnetzen sowie Büro- und Heimanwendungen senken sollen. IKT Teil der Lösung Im Technologieprogramm IT2Green steht ein ganzheitlicher Effizienzansatz im Vordergrund: Die Energieeffizienz des IKT-Gesamtsystems soll entlang der Wertschöpfungsketten und Technologiestrukturen verbessert werden. Die geförderten zehn Modellprojekte werden dazu in den kommenden drei Jahren systemübergreifende energieeffiziente Ende-zu-Ende-Lösungen und Anwendungen der IKT erforschen, entwickeln und erproben. Projektträger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. (DLR) Projektträger im DLR, Konvergente IKT/Multimedia Tel.:

20 Data Center Benchmarking TU Berlin» Fast 70 DC (56 Betreiber) haben bereits am DCB teilgenommen» (+x) Server 2,7 % der laut IDC installierten Server in 2007» m 2 IT-Fläche 5 Fußballfelder» Stromverbrauch 92(+x) Mio. kwh Dreipersonen-Haushalte DCB-Online: 20

21 Vorbereitung: Prüfung der Leistungsdichte Aktueller Stand Herstellerangaben Stand 2008 Die durchschnittliche Effizienz der Netzteile im Jahr 2008 lag bei ca. 75% -viele dieser Netzteile dürften noch in Betrieb sein. 21