Nachhaltige IT: Energieeffizienz im Rechenzentrum
Umweltverträgliche und nachhaltige IT ist angesichts des Klimawandels mittlerweile ein zentrales Thema für Unternehmen. Stichworte sind energieeffiziente Rechenzentren mit optimierter Kühlung, der Einsatz erneuerbarer Energien sowie Nachhaltigkeitsstandards in der Lieferkette. Doch auch der Einsatz der Cloud kann sich bezahlt machen, wenn es um mehr Nachhaltigkeit in der IT geht.
Digitale Technologien haben zwei Gesichter: Auf der einen Seite ermöglichen sie beispielsweise effizientere Prozesse, Einsparungen durch Automatisierung, besseren Kundenservice, flexibleres Arbeiten oder den Aufbau neuer datenbasierter Geschäftsmodelle. Auf der anderen Seite erhöhen sie aber den Bedarf an Ressourcen und Rohstoffen für die Verarbeitung einer ungeheuren Menge an Daten sowie die Produktion einer wachsenden Zahl von IT-Hardware. Seien es Server, Notebooks, Smartphones oder Displays.
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Streaming von Videos, Cloud-Anwendungen, Sensordaten aus Industrieanlagen oder Konzepte wie das autonome Fahren sorgen dafür, dass das Datenvolumen infolge der Digitalisierung auch künftig weiterwachsen wird. Das Problem: Die Rechenzentren, in denen diese riesige Menge an Daten verarbeitet wird, verbrauchen sehr viel Energie und erzeugen klimaschädliches CO2. Laut EU-Kommission ist die IT-Branche mittlerweile für etwa drei Prozent der Treibhausgasemissionen in der EU verantwortlich - Tendenz weiter steigend. Allein in Deutschland haben Rechenzentren im Jahr 2020 laut einer Pressemeldung des Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit rund 16 Terawattstunden elektrischer Energie verbraucht. Das entspricht einem Anteil von rund 3,4 Prozent am gesamten Nettostromverbrauch in Deutschland.
Im Jahr 2018 betrug der Energieverbrauch von Rechenzentren in der EU 76,8 TWh. Dieser Wert wird bis 2030 voraussichtlich auf 98,52 TWh steigen, was einem Anstieg von 28 % entspricht. (Quelle: EU-Kommission)
Die Anforderung an Unternehmen und auch die IT-Branche ist daher klar: Sie müssen auf Nachhaltigkeit setzen, klimafreundlicher arbeiten und ihren CO2-Ausstoß erheblich senken, damit die Erde auch für die nachfolgenden Generationen noch lebenswert bleibt. Die Marktforscher von IDC gehen in Ihren Top-10-Prognosen für IT-Entscheider davon aus, dass 55 Prozent der CIOs der 2.000 größten börsennotierten Unternehmen der Welt bis 2023 dafür sorgen müssen, eine nachhaltige IT zu implementieren. Dazu gehört laut IDC auch, Umwelt-, Sozial- und Governance-Prozesse in den Technologielebenszyklus von der Akquisition bis zum Verkauf einzubetten.
Firmen sollten nicht nur aus Umweltsicht sondern auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht auf eine nachhaltige IT setzen. Denn die Energiepreise sind aktuell sehr hoch und auch die CO2-Abgaben werden weiter steigen. Zudem wirkt sich eine „grüne IT“ auch positiv auf das Image von Unternehmen aus. Ökologische und soziale Aspekte spielen bei der Kaufentscheidung der Verbraucher eine immer größere Rolle. Das zeigt beispielsweise die Umfrage European Predictions 2022 von Forrester. Hier gab die Mehrheit der Konsumenten an, dass ihr Kaufverhalten positiv beeinflusst wird, wenn die eigenen Werte mit denen der Anbieter übereinstimmen.
Gefragt ist daher ein ganzheitlicher Ansatz für eine nachhaltige IT, der alle Prozesse berücksichtigt, von der Beschaffung über die Nutzung bis hin zur Verwertung und Entsorgung von IT. Ziel ist eine möglichst schlanke IT- und Lieferketten-Infrastruktur, die Ressourcen schont und den Stromverbrauch erheblich senkt. Dazu gehören unter anderem Maßnahmen für eine bessere Energieeffizienz im Rechenzentrum, der Einsatz alternativer Energiequellen oder auch der Einsatz von Cloud-Anwendungen.
Den wirkungsvollsten Hebel gegen den hohen Stromverbrauch, steigende Kosten und für eine bessere Klimabilanz der Rechenzentren bildet eine höhere Energieeffizienz. Ziel ist es, die bestehende IT- und Gebäude-Infrastruktur so zu optimieren, um maximale Leistung mit minimalen Ressourcen zu erreichen. Im Regelfall entfallen rund 25 Prozent des Energiebedarfs auf den Stromverbrauch von Komponenten wie Server, Speicherbausteine, das Netzwerk oder die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Weitere 25 Prozent werden im Schnitt für die Energie aufgewendet, die nötig ist, um Rechenzentren auf Raumtemperatur herunter zu kühlen.
PUE-Wert bei Rechenzentren
Wichtigste Messgröße für die Energieeffizienz ist der von der Organisation The Green Grid definierte Industriestandard Power Usage Effectiveness (PUE). Der Wert misst, wie viel eingesetzte Energie tatsächlich in Rechenleistung umgesetzt wird. PUE ist der Quotient der im Rechenzentrum eingesetzten Gesamtenergie (Total Facility Power Consumption) zum Energieverbrauch der IT-Geräte (IT Equipment Power Consumption).
Letztere beschreibt den Stromverbrauch aller IT-Geräte im Rechenzentrum, sprich Server und anderer Rechner, Speicher und Netzwerksysteme, Switches, Monitore und weiterer Peripherie- und Telekommunikationsgeräte. Die Total Facility Power umfasst neben dem Stromverbrauch für die IT zusätzlich noch die Stromkosten für die Infrastruktur, die den IT-Betrieb unterstützt. Das sind Systeme wie USVs, Schaltanlagen, Batterien, Kühlsysteme, Pumpen, Beleuchtung etc.
Je näher der PUE-Wert an den Idealwert 1,0 rückt, umso energieeffizienter ist das Rechenzentrum. Bei plusserver beträgt der PUE-Wert aktuell 1,35.
Doch wie lässt sich die Energieeffizienz in Rechenzentren verbessern? Hier einige mögliche Maßnahmen:
Optimierte Klimatisierung
Die größte Stellschraube für eine bessere Energieeffizienz liegt in der optimierten Klimatisierung der Serverräume. Hier gibt es mehrere Ansatzpunkte. Eine einfache Maßnahme ist die strikte Trennung von Kalt- und Warmluft und damit eine optimierte Luftführung im Rechenzentrum. Damit lässt sich die Lüfterdrehzahl der Umluftkühlgeräte minimieren und Strom sparen. Das Umluftkühlgerät saugt warme Luft an, kühlt sie und bläst sie mit entsprechender Temperatur in den Kaltgang ein. Ein weiterer Schritt ist die Anhebung der Raumtemperatur bzw. Einblastemperatur im Kaltgang des Rechenzentrums. Diese Maßnahme verkürzt die Zeit für die erzwungene Kühlung und verlängert die Zeit für freie Kühlung über die Umgebungsluft. Daher bauen mittlerweile viele Cloud-Anbieter ihre Rechenzentren in nördlichen, eher kühlen Regionen wie den skandinavischen Ländern. In arktischen Gegenden ist keine erzwungene Kühlung notwendig. Doch auch wer seine Server im eigenen Land stehen haben möchte, muss in Sachen nachhaltige IT nicht zurückstecken. Auch in Deutschland lässt das Klima über weite Teile des Jahrs einen Betrieb ohne Klimatisierung zu.
Intelligentes Powermanagement
Moderne Steuerungssysteme bewirken, dass die Leistung der Kühlsysteme an die Bedürfnisse der IT-Systeme angepasst wird. Das heißt: Laufen die Server gerade auf Hochtouren, arbeitet auch das Kühlsystem auf hohem Niveau. Entsprechend schaltet es seine Leistung herunter, wenn die Prozessoren weniger zu tun haben. Damit sinkt der Stromverbrauch.
Abwärme besser nutzen
Ein guter Weg, um Energie zu sparen, ist die Nutzung der Abwärme von Rechenzentren zum Heizen der Büroräume oder für die Warmwasserversorgung (Kraft-Wärme-Kopplung).
Stromsparende Komponenten
Moderne Hardware-Komponenten wie Netzteile, Storage, Netzwerk-Komponenten oder Server-Prozessoren sind mittlerweile auf reduzierten Verbrauch ausgelegt und verfügen über ausgefeilte Stromsparfunktionen. Beispielsweise sinken Taktfrequenz und Spannung von Prozessoren automatisch, wenn Programme nicht die volle Rechenleistung abrufen. Da die Prozessoren somit auch weniger Wärme abgeben, sinkt der Aufwand für die Klimatisierung.
Nachhaltige Energiequellen
Wenn erneuerbare Energien wie Photovoltaik oder Windenergie den Strom für die Server und die Klimaanlage erzeugen, verbessert sich der ökologische Fingerabdruck von Rechenzenten erheblich.
Auch die Cloud kann Unternehmen dabei helfen, sowohl nachhaltig als auch wirtschaftlich rentabel zu agieren. Mit flexiblen und skalierbaren Cloud-Services können Firmen schnell auf veränderte Anforderungen reagieren. Beispiel Corona-Pandemie: Firmen stellten in Windeseile auf Cloud-basierte Collaboration-Tools wie Microsoft Teams, Zoom oder Google Workspace um, damit Mitarbeiter auch aus dem Homeoffice auf Unternehmensanwendungen zugreifen konnten. Der Trend zum ortsunabhängigen Arbeiten wird weitergehen. Damit verringern sich die CO2-Emissionen durch Pendler für den regelmäßigen Arbeitsweg. Auch die Anzahl von Geschäftsreisen reduzierte sich erheblich. Optimierte digitale Prozesse wie etwa der automatisierte Versand von Rechnungen via E-Mail führen auch dazu, dass Mitarbeiter weniger Papier benötigen und so nicht unnötig Ressourcen verschwenden.
Natürlich verbrauchen auch Cloud-Rechenzentren Energie. Führende Cloud-Anbieter haben sich aber verpflichtet, ihre Energieeffizienz weiter zu verbessern und konsequent auf erneuerbare Energien umzustellen. Zudem setzen sie auf aktuelle, energiesparende Systeme und IT-Komponenten sowie optimierte Kühlung, während im selbst betriebenen Rechenzentren vieler deutscher Unternehmen zum Teil stark veraltete Hardware in Betrieb ist.
Hinzu kommt, dass die Virtualisierungstechnologie hinter den Cloud Computing Ressourcen eine wesentlich flexiblere Nutzung physischer IT-Ressourcen ermöglicht. Statt einen dedizierten Server pro Kunde vorzuhalten, der die meiste Zeit nicht ausgelastet ist, werden die IT-Ressourcen im Cloud-Rechenzentrum auf verschiedene Kunden verteilt und die Auslastung jeder einzelnen Hardwarekomponente optimiert. Was nicht gebraucht wird, kann automatisch abgeschaltet werden.
Durch einen Wechsel in die Cloud können Unternehmen daher gleich zweifach profitieren: Sie beziehen durch das On-demand-Prinzip zu jeder Zeit immer nur genau die Menge an Cloud Computing Ressourcen, die sie tatsächlich benötigen. Und diese Ressourcen werden höchst effizient betrieben. Laut Microsoft spart der Einsatz von Cloud-Services gegenüber einem herkömmlichen Rechenzentrum bis zu 93 Prozent Energie und bis zu 98 Prozent CO2-Emissionen.
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