Fachhochschule Ansbach Fachbereich Wirtschafts- und Allgemeinwissenschaften Studiengang Wirtschaftsinformatik SEMINARARBEIT Einsparpotentiale durch den Einsatz von Green IT in Rechenzentren Autor: Herwig Nehmeyer Germersheimer Strasse 68 90469 Nürnberg hn@nehmeyer.net Betreuung: Prof. Dr. Sascha Müller Ort, Abgabetermin: Ansbach, 20. Oktober 2008
Abstract Green IT stellt eine evolutionäre Weiterentwicklung im IT Bereich dar. Dabei wird der Rechner zwar nicht neu erfunden vielmehr geht es darum umweltschonend und energieeffizient IT Komponenten zu produzieren, betreiben und entsorgen. Durch die enormen Energieeinsparmöglichkeiten können auch entsprechende finanzielle Einsparpotentiale erzielt werden. Die hier vorliegende Arbeit geht speziell auf die Anforderungen und Möglichkeiten in Rechenzentren ein.
Inhaltsverzeichnis Abstract... 2 Inhaltsverzeichnis... 3 Abbildungsverzeichnis... 4 Abkürzungsverzeichnis / Fremdwortverzeichnis... 5 1 Einleitung... 7 1.1 Problemstellung... 7 1.1.1 Entsorgung der EDV Anlagen... 7 1.1.2 Energieverschwendung... 8 1.2 Abgrenzung... 8 2 Ansatzpunkte für Green IT im Rechenzentrum... 9 2.1 Server konsolidieren und virtualisieren... 9 2.2 Einsatz von Blade Server mit Thin Clients... 9 2.3 CPU... 10 2.4 Klimatisierung... 10 2.5 Stromversorgung - USV... 11 2.6 Storage... 11 2.7 Netzwerk... 12 2.8 Sicherheit... 13 3 Ausblick - Zukunftsmusik... 14 Literaturverzeichnis... 15 Ehrenwörtliche Erklärung... 18
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 HP Blade System C-7000 (HP, 2008, HPBL2008)... 10 Abbildung 2 Storage (Actebis, Juli 2008, [Acte2008], S10)... 12 Abbildung 3 Netzwerk Switch vergleich (Actebis, Juli 2008, S11)... 13 Abbildung 4 UTM Unified Thread Management (Actebis, Juli 2008, S12)... 14
Abkürzungsverzeichnis / Fremdwortverzeichnis Actebis Blade Catalyst Cisco Systems Contentfilter DNS ElektroG EU Firewall Greenpeace HP IBM ISA Server NAS PR ProCurve Rack ROHS SAN Storage Strato AG IT Distribution mit Sitz in Deutschland Otto Gruppe Einschubrechner Switch-Baureihe der Firma Cisco Systems US-Hersteller von IT Komponenten im Netzwerbereich Inhaltsfilter von Webseiten IT Distribution Elektro- und Elektronikgerätegesetz Europäische Union Netzwerkkomponente zum Schutz vor Eindringlingen Internationaler Umweltschutzverein Hewlett Packard US-Hersteller von IT Komponenten International Business Machines US-Hersteller von IT Komponenten Internet Security and Acceleration Server Produkt von Microsoft - Firewall plus weitere Sicherheitspunkte Network attatched Storage Public Realation - Öffentlichkeitsarbeit Switch-Baureihe des Herstellers Hewett Packard 19" Gehäuse Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment - EU Richtline für Elektrogeräte Storage Area Network Festplattenspeicher Europas zweitgrößter Webhostingprovider SUN Microsystems US-Hersteller von Server mit Unix / Linux Plattform
Thin Client USV UTM VMWare VPN Abgespeckter Arbeitsplatz der nur mit Server arbeit Unterbrechungsfrei Stromversorgung Unified Threat Management - Schutz aller möglicher Bedrohungen aus dem Internet US-Hersteller von Virtualisierungssoftware Virtual Private Network - Virtuelles Netzwerk von Internet ins Unternehmensnetzwerk
1 Einleitung In Zeiten einer zunehmenden Globalisierung ist es für viele Unternehmen eine große Herausforderung gegenüber den Wettbewerbern konkurrenzfähig zu sein. IT Anlagen stellen in den Unternehmen einen elementaren Kostenfaktor im laufenden Betrieb dar. Die steigenden Energiepreise der letzten Jahre und die verkürzten Lebenszyklen durch den raschen technologischen Wandel haben dazu geführt, dass IT Anlagen große Stromfresser geworden sind und deren Entsorgung sehr problematisch wurde. Green IT setzt an diesem Punkt an. Ziel ist es IT Komponenten über deren gesamten Lebenszyklus hinweg umwelt- und ressourcenschonend zu gestalten [WIKI2008] also von der Produktion bis zur Entsorgung unter den Gesichtspunkten Energieeffizienz in Produktion bzw. in der Nutzung und Verzicht auf giftige bzw. problematische Stoffe als Produktionsmittel bzw. als Endbestandteil [vgl WIKI2008] 1.1 Problemstellung 1.1.1 Entsorgung der EDV Anlagen Der rasche Technologische Wandel und die damit verkürzten Produktlebenszyklen, machen auch vor den Rechenzentrumskomponenten nicht halt. Während einst eine Nutzungsdauer von ca. 5 10 avanciert wurde, so ist die heutige Nutzungsdauer bei 3 5 Jahren der Standard, wenn nicht sogar kürzer. Hieraus haben sich unbewältigbare Müllberge an Elektroschrott ergeben. So werden laut Greenpeace in Europa schätzungsweite 8,7 Millionen Tonnen Elektroschrott, darunter auch EDV Anlagen, jährlich produziert. Nur ca. ein Viertel davon wird ordnungsgemäß entsorgt. Obwohl die EU strenge Richtlinien zur Entsorgung von Elektroschrott hat, ist unbekannt, wo 75 % der Altgeräte bleiben [GREE2008]. Zitat: Wir wissen nicht was mit dem Rest passiert [COMP2008]. Ein Grossteil hiervon landet im Hausmüll [vgl. GREE2008] der Rest landet oft illegal in Asien [GREE2008] oder Afrika. Mit der unsachgemäßen Entsorgung in den
winzigen Recycling Klitschen [COMP2008] werden nicht nur Wertstoffe wie Stahl oder Kupfer vernichtet, sondern auch jede Menge Schadstoffe in die Umwelt gesetzt [GREE2008]. Der Elektroschrott enthält laut der Finanical Times Deutschland mindestens 50 chemische Elemente [COMP2008]. Im Detail handelt es sich hier neben den hochwertigen Metallen wie Gold, Silber, Kupfer und Stahl auch um die gefährlichen Elemente wie Quecksilber, Blei, Brom, Cadmium[vgl COMP2008, GREE2008, STER2008]. Ebenso besorgniserregend sind einige Kunststoffe, wie z. B. PVC, bzw. darin enthaltene Weichmacher, die bei der Kupfergewinnung (Verbrennung von Kabeln), sorglos verbrannt werden[vgl GREE2008]. 1.1.2 Energieverschwendung Laut Cisco Systems stellt mit 27 % der Energiebedarf im Rechenzentrum den zweitgrößten Kostenblock neben Personalkosten dar[vgl. HEIS2008. Es ist durchaus nachvollziehbar, dass ein so großer Kostenblock einer genaueren Überprüfung und damit auch Optimierung bedarf. Laut einer Präsentation der DNS GmbH habe der Betrieb aller Server weltweit im Jahr 2006 180 Terrawattstunden pro Jahr [vgl.,dnsg2008] verbraucht. Im Jahr 2000 sollen es noch ca. 60 Terrawattstunden gewesen sein [vgl. HEIS2008]. Verantwortlich für die massive Steigerung ist auch die Tatsache, dass der geringe Preis von Hardware (Servern) dazu geführt hat, dass Banken für die meisten Webanwendungen je einen neuen Server anschaffen konnten. [SWISS2007]. Auch der IT Distributor Actebis schreibt, dass Server CPUs oftmals nur zu 5 10 % Ausgelastet sind.[acte2008] Ans dieser Stelle greift das Umdenken, welches mit Green IT verbunden ist. Green IT bringt zahlreiche Ansatzpunkte zur Umweltschonung und zur Steigerung der Energieeffizienz. 1.2 Abgrenzung In dieser Arbeit werden ausschließlich die EDV Komponenten behandelt, die sich in einem Rechenzentrum (Server, Switch, Firewall, etc.) befinden. Daher werden Notebooks, PC Arbeitsplätze und alle eher zu den Desktops zählenden Einheiten, hier nicht behandelt. Thin Clients gehören wiederum eher in die
Rechenzentrumsschiene, da sie ohne Hostsystem nicht arbeiten können. Jedoch wird hier auf diese spezielle Art von Rechner nur sehr rudimentär eingegangen. Auch wird hier der Mensch und sein Umweltbewusstsein nicht betrachtet. Der sorgsame Umgang mit Türen zu Serverräumen und Lichtschaltern wird vorausgesetzt. 2 Ansatzpunkte für Green IT im Rechenzentrum 2.1 Server konsolidieren und virtualisieren Die Virtualisierung von Servern ist ein aktueller Trend. Ziel ist es, die Anzahl von Servern im Rechenzentrum zu minimieren. Dies wird damit erreicht, dass mehrere physikalische Server durch einen neuen leistungsfähigen Server ersetzt werden. Die einstigen physikalischen Maschinen arbeiten anschließend in einer virtuellen Umgebung. Hersteller dieser Software ist z. B. VMWare oder Microsoft. Das Virtualisieren von Servern birgt in sich eine Kettenreaktion an Vorteilen. Zum einen kann aufgrund der gesenkten Leistungsaufnahme eine kleinere USV zum Einsatz kommen, ebenso kann in diesem Zusammenhang auch die Leistung der Klimatisierung gesenkt werden. Zum Beispiel schreibt die Firma SUN Microsystems über ein Projekt bei der Strato AG, dass durch die Migration der Serverlandschaft die Serveranzahl durch Virtualisierung von 120 auf 30 Server gesenkt werden konnte.[vgl SUNM2008] die für neuen Server benötige Energie beträgt weniger als ein Zehntel der zuvor verbrauchten Menge. Entsprechend ist der Bedarf an Kühlleistung gesunken [SUNM2008] Die Strato AG selbst schreibt in einer eigenen PR Publikation, dass der Energieverbrauch pro Kunde in nur 18 Monaten um 30 % [STRA2008] gesenkt werden konnte. 2.2 Einsatz von Blade Server mit Thin Clients Blade Server sind moderne Hochleistungsmaschinen. Diese Bestehen aus sog. Rack Gehäusen in die Rechnermodule sog. Blades eingesteckt werden. Die Vorteile liegen
auf der Hand. Ein Blade Server mit mehreren Maschinen braucht weniger Platz als entsprechende einzelne Rechner. Hierdurch wird weniger Energie benötigt. Ein Blade Server mit 14 Einschüben benötigt weniger Strom als 14 Rack Server[vgl. ACTE2008], da der Blade Server mit ca. 2-4 Netzteilen auskommst statt 14-28 Netzteilen bei redundanten Rackserver-Systemen. BladeServer werden vor allem im Zusammenhang mit Thin Clients eingesetzt. Thin Clients sind Ersatz für Desktopmaschinen, da sie günstiger und sparsamer sind. In Thin Clients gibt es weder Festplatte noch ein optisches Laufwerk. Abbildung 1 HP Blade System C-7000 (HP, 2008, HPBL2008) 2.3 CPU Moderne CPU bestehen aus mehreren Kernen. Die Kerne können einzeln abgeschalten werden um Energie zu sparen. Im Beispiel der Strato AG kommen SUN Server mit UltraSPARC T1 Niagara Prozessoren zum Einsatz. Diese Prozessoren sind mit 8 Kernen ausgestattet von denen jeder gleichzeitig vier Threads bearbeiten kann und sind damit hocheffizient [vgl. SUNM2008]. 2.4 Klimatisierung Durch die Server-Konsolidierung kann generell die Anzahl der Server optimiert werden. Im Gegenzug kann auch die Leistung der Klimatisierung, wie bereits erwähnt, minimiert werden. Zusätzlich wird aktuell daran geforscht neue Wege bei der EDV Klimatisierung zu gehen. HP bietet bereits Racksysteme (C-Class Server) mit Wasserkühlung an. Wasserkühlung ist effizienter als Luftkühlung[vgl. Actebis].
Zum Teil sehr individuell sind Gebäudetechnikkonzepte wie sie z. B. bei der Strato AG eingesetzt werden. Hier wurde ein Teil des Klimakonzepts des Airbus A380 übernommen und eine Einsparung von 30 % realisiert. [vgl. STRA2008] Auch denkbar ist die Außentemperatur zu übernehmen. Hier werden Wärmetauscher installiert, die die Außentemperatur, vor allem im Winter, in den Kühlkreislauf des Rechenzentrums übernehmen [vgl. SWISS2007]. Auch wurde darüber schon geforscht die Abwärme von Rechenzentren in das lokale Fernwärmenetz einzuspeisen [vgl. SWISS2007]. 2.5 Stromversorgung - USV Das Akkuladen einer USV verursacht Wärme. [vgl. ACTE2008] Auch hier gilt die goldene Regel, je weniger Server desto geringer die USV Last und damit der Energieverbrauch. Prinzipiell sollten die USV Leistungsdaten gemessen werden da diese mehr Aufschluss bieten als die des Datenblattes [vgl. ACTE2008]. Ganz wichtig ist auch die Akkus in festen Intervallen zu überprüfen und Auszutauschen nicht zuletzt wegen dem Ausfallrisiko. 2.6 Storage Mit der Servervirtualisierung kam auch die Speichervirtualisierung in Mode. Dies macht auch Sinn. Es ist nicht notwendig alle Server mit eigenen Festplatten Verbunde am Laufen zu haben. Nachdem Server mit Raid-Systemen aufgrund der Ausfallsicherheit ausgestattet sind, hat jeder Server mind. 2 oder mehr Festplatten. Jede Festplatte die unnötig läuft verschwendet Energie in zweifacher weise - zum einen die unnötigen Stromkosten, zum anderen die entstandene Wärme die gekühlt werden muss. Es ist daher sinnvoll das unternehmensweite Speicherkonzept zu überdenken und dieses auf NAS oder SAN umzustellen und damit auch die Speichereffizienz zu steigern [vgl. ACTE2008]. Der IT Distributor Actebis beziffert Einsparmöglichkeiten zwischen 10 und 15 %[vgl. ACTE2008].
Abbildung 2 Storage (Actebis, Juli 2008, [Acte2008], S10) 2.7 Netzwerk Moderne Switchsysteme arbeiten effizienter als die vorhergehenden. Aktueller Trend z. B. ist Power over Ethernet. Es fallen hierdurch bei Komponenten die eigenen Spannungsversorgungen weg. Jedes eingesparte Stecknetzteil ist ein Kostenvorteil. Der hier eingefügten Grafik ist zu entnehmen, dass der alte Cisco Switch eine enorme Abwärme produziert. Ein Austausch birgt einen Kostenvorteil in mittlerer 5- stelliger Höhe[vgl. ACTE2008].
Abbildung 3 Netzwerk Switch Vergleich (Actebis, Juli 2008, [Acte2008], S11) 2.8 Sicherheit Im Zuge der Vernetzung mit dem Internet stieg auch der Bedarf an Sicherheit des Netzwerks vor neuen Eindringlingen. Kannte man in den frühen 90er Jahren eher nur Viren durch die eigene also interne Verteilung kamen, gab nun ganz neue Arten von Bedrohungen durch das neue Medium Internet. Für jede Sicherheits-Anwendung wurde nun ein neues Gerät benötigt. Sicherheit im Netzwerk kann als eine Evolution verstanden werden. Aus dem ursprünglichen Virenschutz kamen Appliances für Firewall, VPN, Contentfilter etc. dazu. Jede Box braucht ihre eigene Stromversorgung. Einige dieser Anwendungen wurden z. B. von Microsoft im ISA Server implementiert. Jedoch war das Vertrauen in dieses Produkt eher limitiert und der Hang zu Spezialisten sehr groß. Heute ist ein Trend zu einer Zentralisierung der vielen Anwendungen auf eine Box zu sehen. UTM ist hier das Schlagwort eine Box für alle Bedrohungen mit einer zentralen Verwaltung[vgl. ACTE2008].
Abbildung 4 UTM Unified Thread Management (Actebis, Juli 2008, [Acte2008], S12) 3 Ausblick - Zukunftsmusik. Green IT steckt noch in den Kinderschuhen, stellt aber ein enormes Energieeinsparpotential speziell zur Verfügung. Die Einsparpotentiale der gefundenen Beispiele überzeugen sehr. Der Umweltgedanke zur Vermeidung giftiger Stoffe wurde bereits innerhalb der EU mit dem ElektroG bzw. der ROHS Konformität festgelegt. Aktuell hat jeder Hersteller eine eigene Vision von Green IT -einen richtigen Standard für alle gibt es nicht. Greenpeace bemängelt hier zu Recht fehlende Standards[vgl. GREE2008]. Auch gibt es kein wirkliches grünes Produkt [GREE2008]. Die ausgedachten Klimatisierungskonzepte haben ebenso ein großes Potential. Jedoch sind diese oftmals sehr individuell und eigenen sich aktuell nicht für eine Massenproduktion hier werden sicherlich Spezialisten benötigt werden.
Literaturverzeichnis [WIKI2008] [STRA2008] Artikel Green IT. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 16. Oktober 2008, 18:02 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=green_it&oldid=5190323 6 (Abgerufen: 20. Oktober 2008, 15:38 UTC) Strato AG, Berlin PR Publikation Strato AG im Internet Klimaschutz http://www.strato.de/holding/ueber_uns/klimaschutz.html Datenabruf 16. Oktober 2008, 18:00 [SUNM2008] Sun Microsystems GmbH, Kirchheim-Heimstetten,/ Strato AG, Berlin Kundenreferenz Strato AG Strato verbessert Energiebilanz um den Faktor zehn http://www.strato.de/imperia/md/content/flash/flyer/case_study.pdf Datenabruf 16. Oktober 2008, 18:01 [COMP2008] Financial Times Deutschland, Thomas Soltau, Artikel Tödlicher Computerschrott 25.06.2008 http://www.ftd.de/technik/it_telekommunikation/:gr%fcne%20it%2 0T%F6dlicher%20Computerschrott/373978.html?p=1 Datenabruf 16.Oktober 2008, 18:02 [HEIS2008] Heise.de, Niels Boeing Artikel Rechnerparks zu Grün -Anlagen? 10.05.2007 http://www.heise.de/tr/rechnerparks-zu-gruen-anlagen-- /artikel/89545 Datenabruf 16.Oktober 2008 18:05
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Ehrenwörtliche Erklärung Ich versichere, dass ich die Arbeit selbständig angefertigt, nicht anderweitig für Prüfungszwecke vorgelegt, alle benutzten Quellen und Hilfsmittel angegeben sowie wörtliche und sinngemäße Zitate gekennzeichnet habe. Nürnberg, 20.08.2008 ----------------------------------------------------- ------------------------------------------------------- Ort, Datum Unterschrift