Moderne Computer und Rechenzentren verbrauchen eine enorme Menge an Energie. Allein in den USA entfallen laut dem Annual Energy Outlook 2013 landesweit 3 % der verbrauchten Energie auf Computer und zugehörige Geräte. Ganz zu schweigen von den Kühlsystemen, die Computer und Server vor Überhitzung schützen. Die Aufgabe, die Energieeffizienz zu erhöhen und die Kosten für den Stromverbrauch zu senken, ist überwältigend. Es bedeutet viel für die Umwelt im Rahmen der Erhaltung der natürlichen Ressourcen, die Arbeitserleichterung einzelner Unternehmen und die Volkswirtschaft im großen Maßstab. https://www.youtube.com/embed/O96PwWkJdUoThe Die vorherrschende Kennzahl, die beschreibt, wie effizient Computer-Rechenzentren unter normalen Betriebsbedingungen Energie nutzen, ist die Power Usage Effectiveness (PUE). The Green Grid (eine gemeinnützige Industriegruppe, die sich auf die Energieeffizienz von IT-Geräten konzentriert) ist eigentlich der Entwickler dieser Kennzahl. In den letzten zwei Jahren hat sich PUE jedoch zur wichtigsten Kennzahl für die Messung der Effektivität des Energieverbrauchs von Rechenzentren entwickelt.
Wie wird PUE berechnet?
Die Power Usage Effectiveness ist das Verhältnis zwischen der Gesamtenergie, die in ein Rechenzentrum eintritt, und der Energie, die von den IT-Geräten im Rechenzentrum verbraucht wird (Kühlung, Heizung, Belüftung, Stromumwandlung und -verteilung, Beleuchtung, Steckdosen). Darüber hinaus kann die Gesamtenergie nicht nur aus Elektrizität, sondern auch aus anderen Quellen stammen, z. B. Erdgas, Treibstoff, Wasser (zur adiabatischen Kühlung). Der Energieverbrauch von IT-Geräten ist definiert als die Energiemenge, die für die Verwaltung, Speicherung, Verarbeitung und Weiterleitung von Daten innerhalb eines Zentrums sowie für den Betrieb der Netzwerke und zusätzlicher Geräte wie Monitore und Workstations verbraucht wird.
Daher lautet die typische PUE-Formel wie folgt:
PUE = Gesamtleistung der Einrichtung / Energieverbrauch der IT-Ausrüstung
Die Formel muss verwendet werden, um die Effizienz eines bestimmten Rechenzentrums im Laufe der Zeit zu bestimmen, nicht um verschiedene Rechenzentren zu vergleichen.
Um das zu verdeutlichen, möchte ich ein Beispiel für die PUE-Berechnung anführen:
Angenommen, die Gesamtenergie eines Rechenzentrums beträgt 12.000 MWh und die IT-Ausrüstung verbraucht 9.000 MWh. Somit ist die PUE = 12.000 MWh / 9.000 MWh = 1,333.
Natürlich ist der Stromverbrauch eines gesamten Rechenzentrums höher als der Energieverbrauch der IT-Ausrüstung. Der Benchmark wird also immer größer als eins sein. Aber wie viel höher?
Was ist der normale PUE-Wert?
Natürlich kann der PUE-Wert von 1,0 bis unendlich reichen. Ein idealer PUE-Wert ist 1,0, d. h. 100 % Effizienz (d. h., die gesamte verbrauchte Energie wird nur für die IT-Ausrüstung verwendet, es gehen keine Energieverteilungsverluste verloren). Aber das ist fast unmöglich zu erreichen.
Branchenriesen wie Google und Microsoft bauen Rechenzentren für PUE-Werte von 1,2 oder besser. Aber sie sind führend in der Branche. Nach einer Untersuchung des Uptime Institute hat ein durchschnittliches US-Rechenzentrum einen PUE-Wert von 2,5. Aber auch Server mit einer PUE von 3,3 und mehr sind häufig anzutreffen. Das bedeutet, dass nur ein Drittel der von den Rechenzentren verbrauchten Energie von der IT-Ausrüstung genutzt wird und zwei Drittel dieser Energie verschwendet werden.
Die Temperatur der Umgebung und ihr Einfluss auf die PUE
Nach den neuesten Untersuchungen verbrauchen Rechenzentren etwa 420 Terawatt, was 3 % des weltweiten Energiebedarfs entspricht. Außerdem verbrauchen die Kühlsysteme etwa 45 % dieser Energie. In diesem Rahmen spielt der Standort der Server im Rechenzentrum eine große Rolle. Je kälter das Klima ist, desto geringer ist der Energiebedarf, je effizienter der Betrieb, desto besser (, desto niedriger) ist der PUE-Wert.
Da die Schaffung umweltfreundlicher Rechenzentren heute zu den vorrangigen Aufgaben der Hersteller gehört, bemühen sie sich, moderne Technologien und Out-of-the-Box-Lösungen zu implementieren, um ihre Kühlsysteme effektiver und weniger energieintensiv zu machen. So hat Microsoft 2018 sein Rechenzentrum auf dem Grund der Nordsee in der Nähe der schottischen Orkney-Inseln bis zu 35,5 Meter tief getaucht. Autarke Unterwasser-Rechenzentren sollen stromsparender sein, da sie in den kalten Gewässern der Nordsee kostenlos gekühlt werden. https://www.youtube.com/embed/L2oJw1a_qEMHowever, müssen Sie verstehen, dass die Kapsel in Wasser getaucht ist nur eine winzige Kopie des realen Rechenzentrums. Der Container mit einer Länge von 12 Metern besteht aus 12 Racks und 824 Servern, aber das Wichtigste daran ist, dass das Zentrum eine modulare Architektur hat. Auf dem Meeresgrund ist es relativ einfach, die Container wie Raummodule der ISS zusammenzuschrauben.
Wie kann das Rechenzentrum effizienter werden?
Energiesparen ist einfacher, als viele Besitzer von IT-Unternehmen annehmen. Durch die Umsetzung solcher Strategien können Sie Ihr Geld bei den Stromrechnungen sparen und die Arbeit der Server effizienter gestalten.
- Reduzieren Sie die Belastung der IT-Geräte. Die Einsparung von 1 Watt auf Serverebene führt zu einer Gesamteinsparung von fast 3 Watt in einem Rechenzentrum aufgrund des geringeren Stromverbrauchs. Diese Strategie der Lastreduzierung umfasst den Kauf energieeffizienter Geräte, die Entfernung nicht genutzter Server und die so genannte Server-„Virtualisierung“.
- Luftstrommanagement. Diese Strategie bedeutet, den kalten Luftstrom von den Klimaanlagen dorthin zu leiten, wo er am meisten benötigt wird, insbesondere an die Vorderseite der Server, und den heißen Luftstrom so effizient wie möglich von der Rückseite der Server abzuführen.
- Achten Sie auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Wie bereits erwähnt, sind die Temperatur und das Mikroklima, in dem sich der Server befindet, ein wesentlicher Faktor, der die Power Usage Effectiveness beeinflusst. Je kühler der Ort ist, desto weniger Energie wird für die Kühlung verbraucht.
- Verbessern Sie das Kühlsystem. Verwenden Sie Systeme der „Freien Kühlung“, wo immer es möglich ist. Darüber hinaus ist die Klimatisierung eines ganzen Ortes viel weniger effektiv, um die Überhitzung eines Rechenzentrums zu verhindern, als eine lokale modulare Kühlung. Auch der Standort eines Rechenzentrums ist entscheidend. Es ist besser, die Module entsprechend ihrer Leistungsdichte und der voraussichtlichen Belastung zuzuordnen.
Ingenieure nutzen jede Gelegenheit, um den Stromverbrauch von Rechenzentren zu senken. In Anbetracht der Relevanz dieser Aufgabe werden sich unregelmäßige Software- und Hardwarelösungen, die auf den Energieverbrauch im Rahmen der Effizienz von Rechenzentren ausgerichtet sind, immer weiter verbreiten. Einige von ihnen werden wahrscheinlich am Zusammenfluss mehrerer Technologien entstehen.