Pictures of the Future      Frühjahr 2008

Bits und Bytes auf Stromdiät

Internet-Surfer tragen stark zu den weltweiten CO₂-Emissionen bei. Doch der Stromhunger von Computern, Servern und Rechenzentren kann drastisch gedrosselt werden.

Im Reich der Bits und Bytes wird kräftig abgespeckt. Umweltexperten haben die Watt gezählt, mit denen hier gewirtschaftet wird, und der Branche eine strenge Stromdiät nahe gelegt. Besonders großen Energiehunger attestieren sie dabei den Servern. Weltweit gibt es über 30 Millionen dieser Rechner, die in Netzwerken verschiedene Dienste zur Verfügung stellen und häufig, zu übermannshohen Türmen gestapelt, in Rechenzentren untergebracht sind. Allein in Deutschland verbrauchen Rechenzentren gemäß einer Studie des Berliner Borderstep Instituts für Innovation und Nachhaltigkeit so viel Strom wie zweieinhalb Millionen deutsche Haushalte und sind so jedes Jahr für den Ausstoß von knapp sechs Millionen Tonnen Kohlendioxid verantwortlich. Nach Berechnungen von Jonathan Koomey, Professor an der Stanford University, wären mit dem Betrieb aller Server weltweit sogar 14 Kraftwerke der 1000-MW-Klasse komplett ausgelastet.

"Dieser Anteil kann sich noch deutlich erhöhen, weil immer mehr Menschen immer länger online sind", schätzt Dr. Claus Barthel vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie. So habe sich die Intensität der Internetnutzung in den letzten fünf Jahren etwa verdoppelt. Ebenso stark sei der Server-Stromverbrauch gestiegen. "Wie sich der Stromverbrauch der IT- Branche künftig entwickeln wird, hängt vor allem von der Konsequenz und dem Erfolg der Energiesparbemühungen ab", sagt Barthel.

Das Einsparpotenzial ist groß. "Rüsten Rechenzentren auf effizientere Technologien um, können sie ungefähr ein Drittel ihres Stromverbrauchs einsparen", schätzt David Murphy, der bei Siemens IT Solutions and Services (SIS) "Sustainable IT"-Projekte koordiniert. Ein neues Rechenzentrum, das schon bei der Planung optimal auf Energieeffizienz ausgelegt werde, käme sogar mit nur halb so viel Energie aus. Eine attraktive Aussicht für Betreiberfirmen, denn die jährliche Stromrechnung in gängigen Anlagen könnte angesichts steigender Energiepreise schon bald so hoch ausfallen wie die Anschaffungskosten für die Geräte.

Die SIS-Ingenieure entwerfen deshalb unter der Überschrift "Transformational Data Center" umfassende Stromsparkonzepte und betreuen deren Umsetzung. Dabei arbeiten sie eng mit Green-IT-Experten von Fujitsu Siemens Computers (FSC) zusammen, denn die entwickeln die nötigen sparsamen Geräte und neuen Technologien. So stammt einer der weltweit ersten mit dem Energy Star 4.0 – dem bisher einzigen weltweit anerkannten Energie-Zertifikat für Computer – ausgezeichnete Rechner von FSC. Der Esprimo E5615 EPA sowie inzwischen noch sieben weitere Modelle verbrauchen nur etwa die Hälfte der Energie, die gängige PC schlucken.

Auch die FSC-Monitore der Reihen ScenicView und ScaleoView können sich schon heute mit dem Energy Star schmücken. Und im Sommer 2008 soll der weltweit erste Null-Watt-Monitor von FSC auf den Markt kommen. Das ist ein Bildschirm, der im Standby-Betrieb keinen Strom verbraucht, weil ein eingebauter Kondensator bis zu drei Tage lang genug Strom speichern kann, um über ein Relais den Monitor wieder einzuschalten, wenn das entsprechende Signal vom Computer kommt. Pro Monitor spart dies mehrere Euro an Stromkosten pro Jahr.

Und nicht zuletzt hat FSC mit dem TX120 einen Büro-Server in seiner Produktpalette, der mit 163 W nur gut ein Drittel so viel Strom wie Standardgeräte verbraucht und damit nach FSC-Angaben in seiner Klasse der sparsamste Server der Welt ist.

"Es ist mühsame Kleinarbeit, den Strombedarf von Rechnern, Servern und ganzen Rechenzentren mit ihren Infrastrukturen herunterzufahren", sagt Dr. Wolfgang Gnett­ner, der bei FSC mit dem Projekt "Green IT" betraut ist. Dazu müsse man zunächst besonders energieeffiziente Komponenten einkaufen, etwa Multicore-Chips, die mit mehreren genügsamen, langsameren Prozessoren die gleiche Leistung brin­gen wie ein Chip mit nur einem stromfressenden Hochleistungsprozessor. Inzwischen sind auch Netzgeräte zu erschwinglichen Preisen erhältlich, die den Strom aus der Steckdose in satte 80 % und mehr nutzbare Leistung umwandeln statt wie zuvor in magere 50 %.

Den Stromverbrauch von Rechnern bestimmt nicht nur die Energieeffizienz seiner Einzelteile sondern auch deren geschickte Steuerung. Bei Billigrechnern ist noch heute Stand der Technik, was sonst nur hitzköpfige Autofahrer wagen: im Leerlauf ordentlich Vollgas geben. "Ein gängiger Rechner verbraucht, selbst  wenn nur 10 % seiner Leistung abgerufen werden, 70 % des Stroms, den er bei Vollauslastung benötigen würde", beziffert Gnettner die unbefriedigende Situation. Die Green-IT-Experten bei FSC entwickeln daher ein Systemmanagement, das die Leistung des Prozessorchips gezielt drosselt und bei Bedarf schnell wieder hochfährt.

Ein weiteres Grundübel von Servern und Rechenzentren: Die Rechnerkapazitäten werden nicht ausreichend ausgeschöpft. Im Durchschnitt wird ihnen weniger als ein Fünftel ihrer Leistung abgefordert. Deshalb haben die FSC-Informatiker eine zentrale Steuerung entwickelt, über die nachts oder in Urlaubszeiten ganze Rechner abgeschaltet und die geringeren Lasten automatisch auf möglichst wenige Rechner verteilt werden können. "So eine Steuerung sollte zudem gute Prognosefähigkeiten haben, um vorauszusehen, wann außer der Reihe doch einmal mehr Leistung gebraucht wird, und sie muss für alle Fälle ausreichend Reserven bereit halten", erklärt Gnettner die Herausforderung für künftige Entwicklungen.

Hungrige Stromfresser. Ein weiteres wichtiges Stromsparrezept, mit dem zahlreiche Rechner schlicht überflüssig gemacht und ausgemustert werden können, heißt Virtualisierung. "Dabei werden bestimmte Aufgaben, die zurzeit von einzelnen Rechnern übernommen werden, zum Beispiel vom Druck- oder E-Mail-Server, in geeignete Software umgesetzt und damit von der Hardware isoliert", erklärt Gnettner das Prinzip. Diese Programme liefen dann völlig unabhängig voneinander auf einem gemeinsamen Rechner. Virtualisierung mache zudem die Auslagerung aller Programme vom Schreibtisch-Computer auf einen Zentralrechner möglich.

Die zurzeit häufig noch koffergroßen Computer können dadurch auf das Format eines Schüleratlasses schrumpfen. Diese "Thin Clients" ermöglichen über ein Netzwerk jederzeit den Zugriff auf die benötigten Anwendungen, verbrauchen aber nach einer Studie des Fraunhofer Institutes für Umwelt, Sicherheits- und Energietechnik rund zwei Drittel weniger Strom. FSC bietet Thin Clients schon seit mehreren Jahren an. Und auch bei SIS stehen Virtualisierung und Thin-Clients-Lösungen ganz oben auf der Liste geeigneter Stromspar-Strategien.

Nicht zuletzt haben die FSC-Ingenieure die Rechner-Kühlsysteme im Visier, denn diese sind besonders hungrige Stromfresser. Etwa die Hälfte des Strombedarfs geht auf ihr Konto. Kein Wunder, denn wenn Bits und Bytes auf die Reise gehen, entsteht eine Menge heißer Luft. "Ein vollgepackter Serverschrank in gängiger Größe produziert die gleiche Hitze wie mehrere Kaminöfen", erklärt Gnettner. Die FSC-Ingenieure haben nun ein Sensorsystem ausgetüftelt, das die Temperaturen an mehreren Orten im Rechner misst. Eine Steuerung sorgt dann dafür, dass je nach Temperaturempfindlichkeit der Bauteile nur dort  gekühlt wird, wo es wirklich Not tut.

Die Diätrezepte zum Energiesparen sind ausgesprochen vielfältig, die Technologien dafür schon heute verfügbar. Doch dürfe man sich nicht im Detail verzetteln, sondern müsse immer ganzheitlich denken, warnt SIS-Experte Murphy: "Es nützt zum Beispiel nichts, ein Rechenzentrum komplett auf effizientere Rechner umzurüsten, um dann hinterher festzustellen, dass man jetzt einen Großteil der Geräte gar nicht mehr braucht." Konsolidierungsmaßnahmen hätten deshalb oberste Priorität. SIS habe zum Beispiel die Zahl der eigenen Server zur Datensicherung in den letzten drei Jahren um über 90 % verringern können.

Ganzheitliche und kreative Ideen hätten die SIS-Entwickler zudem für die energieintensive Klimatisierung der Zentren umgesetzt. So werde in einem SIS-Rechenzentrum in München Grundwasser zu Kühlzwecken genutzt und dadurch etwa die Hälfte der Energie gespart, die konventionelle Systeme schlucken würden, erklärt Murphy. Ebenso kühle das Siemens-Rechenzentrum in Paderborn seine Rechnerräume mit einer Kältemaschine, die die Abwärme eines benachbarten Blockheizkraftwerkes nutzt.

Sollten die ausgetüftelten Details und ganzheitliche Lösungen bald greifen, käme das nicht nur der Umwelt und den Stromrechnungen der IT-Branche zugute. Auch ihr Buhmann-Image in Sachen Klima ließe sich dadurch noch abstreifen.
                                                                                                     Andrea Hoferichter