Die Ökologisierung von Rechenzentren kann mit kalkulierten Schritten und einem Verständnis für die Auswirkungen dieser Entscheidungen erreicht werden.
Weltweit verbrauchen Rechenzentren zwischen zwei und vier Terawatt (TW) Strom pro Jahr (etwa 1 bis 3 % des weltweiten Energieverbrauchs) und es wird erwartet, dass der Verbrauch bis 2030 um 2 bis 8 % steigen wird [1]. Hyperscale-Rechenzentren sind im Allgemeinen am energieeffizientesten, Colocation-Rechenzentren etwas weniger und interne Rechenzentren am wenigsten – gemessen an den Kohlenstoffemissionen pro Arbeitslast [2]. Nach Angaben der Synergy Research Group gibt es weltweit etwa 659 Hyperscale-Rechenzentren [3]. Während die Nachfrage nach digitalen Diensten aufgrund von Effizienzsteigerungen viel schneller steigt als der Energieverbrauch, müssen die Betreiber und Planer von Rechenzentren Praktiken einführen, die den Energiebedarf senken, damit Regierungen und Unternehmen ihre Umweltziele erreichen können. Von der Wahl des Standorts eines Rechenzentrums bis hin zur Auswahl der Mikroprozessoren gibt es zahlreiche Möglichkeiten, wie Entwickler und Betreiber von Rechenzentren die Umweltauswirkungen des Rechenzentrums reduzieren können.
Weltweit werden derzeit etwa 80 % der Elektrizität durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Gas, Öl) erzeugt, wobei dies je nach Region unterschiedlich ist. Rechenzentren verbrauchen immer noch beträchtliche Mengen an Netzstrom, der mit fossilen Brennstoffen erzeugt wird, um den Energiebedarf zu decken, obwohl einige Rechenzentren – und Unternehmen, die sie nutzen – auf erneuerbare Energiequellen umsteigen oder sich entsprechende Ziele gesetzt haben.
Überlegungen zum Standort. Große Rechenzentren kosten eine Menge Geld. So kann beispielsweise ein einziges Hyper-Scale-Rechenzentrum 100 MW Strom verbrauchen, damit Server, Speicher und Netzwerkinfrastruktur wie erwartet funktionieren (genug, um 80.000 Haushalte mit Strom zu versorgen) [4]. Darüber hinaus verbraucht die Elektronik den größten Teil der in einem Rechenzentrum benötigten Energie, und die Kühlung dieser Elektronik zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur kann 40 % der Energie der Anlage in Anspruch nehmen.
Die Gebäudekosten setzen sich aus dem Grundstückswert und den Baukosten zusammen. Die Baupreise variieren je nach Region des Landes und der Welt. Anders als beim Bau eines Hauses oder eines Bürogebäudes gelten für den Standort eines Rechenzentrums einige besondere Anforderungen, um als »grün« zu gelten und die vereinbarten Service Level Agreements (SLAs) zu erfüllen.
Eine verteilte digitale Infrastruktur bedeutet, dass die IT-Infrastruktur eines Unternehmens mehrere Standorte haben kann, von denen einige eine größere Nähe zum Geschäftsbetrieb benötigen als andere. Zu viele Rechenzentren befinden sich in heißen oder gemäßigten Klimazonen, ohne dass es dafür eine vernünftige geschäftliche Rechtfertigung gibt [5]. Rechenzentren in kühleren Klimazonen können Außenluft zur Kühlung verwenden, wodurch der Bedarf an Klimageräten für Computerräume (CRAC) reduziert wird. Außenluft kann direkt in das Rechenzentrum geleitet werden (nachdem sie einen Filtermechanismus durchlaufen hat), um kühle Luft bereitzustellen, in der Regel eine CRAC-Einheit. Schlechte Luftqualität kann jedoch die Effizienz der Außenluftzufuhr beeinträchtigen. Auch wenn dadurch die Stromkosten gesenkt werden können, können abgelegene Standorte, an denen Immobilien weniger teuer sind, auch relativ weit von Internetvermittlungsstellen entfernt sein, was zu höheren Latenzzeiten für die Kunden führt. Der Anschluss eines Rechenzentrums an mehrere Netzbetreiber kann erforderlich sein. Bevor Sie ein Rechenzentrum in einem kälteren Klima errichten, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, woher die Energie kommt. So sind beispielsweise viele Kunden im Nordosten der Vereinigten Staaten auf Stromimporte aus dem mittleren Teil des Landes angewiesen, der große Mengen fossiler Brennstoffe für die Erzeugung benötigt.
Einige Standorte mit kühlerem Klima können natürliche Kühlungsvorteile bieten. Nehmen wir zum Beispiel an, ein Rechenzentrum befindet sich in der Nähe eines mäßig kalten Gewässers. In diesem Fall können Systeme so konstruiert werden, dass das Kühlsystem das nahe gelegene Wasser anzapfen kann. Ein geschlossener Kreislauf kann das Wasser mit der niedrigeren Temperatur, z. B. aus einem Fluss, in ein internes Kühlsystem leiten. Infolgedessen wird für die Kühlung der normalen Wasserzufuhr viel weniger Energie benötigt.
Nutzung erneuerbarer Energien. Die Energiequelle eines Rechenzentrums hat den größten Einfluss auf die CO2-Bilanz und bietet die größte Chance, die Umwelt zu entlasten. In der Regel entscheidet der Betreiber eines Rechenzentrums über die Energiequelle für alle Nutzer einer Einrichtung. Viele Rechenzentren, darunter auch viele Colocation-Rechenzentren, werben mit dem Ziel, Energie aus 100 % erneuerbaren Quellen zu gewinnen. Aus einer kürzlich durchgeführten weltweiten Umfrage geht jedoch hervor, dass in allen Rechenzentren derzeit weniger als 15 % der Energie aus erneuerbaren Quellen stammt [6].
Zu den Programmen für erneuerbare Energien für gewerbliche Kunden gehören die Stromerzeugung durch das Versorgungsunternehmen selbst, Stromabnahmevereinbarungen (PPA) mit Dritten oder Gutschriften für erneuerbare Energien (REC). Die dezentrale Erzeugung erneuerbarer Energien, die sich im Besitz oder unter der Kontrolle von Rechenzentren befindet, ist optimal. Aber die erneuerbaren Energiequellen vor Ort können den Energiebedarf von Rechenzentren nicht immer decken. Glücklicherweise kann saubere Energie aus dem Netz diesen Bedarf ergänzen. Es gibt auch immer effektivere Energiespeicherlösungen für den Einsatz vor Ort, deren Kosten mit der Verbesserung und Erweiterung der Batterietechnologie sinken.
Weitere Punkte, wie das Design von Rechenzentren, die Rack- und Server-Konstruktion, den Beitrag der Systemverwaltung zur Stromeffizienz, die Prozessorauswahl oder die Automatisierung betrachten wir in der nächsten Ausgabe der »manage it«.
Erfahren Sie mehr unter
https://www.supermicro.com/en/products/x13
[1] https://www.datacenterknowledge.com/energy/study-data-centers-responsible-1-percent-all-electricity-consumed-worldwide
[2] The environmental footprint of data centers in the United States (iop.org)
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abfba1/pdf
[3] https://www.srgresearch.com/articles/microsoft-amazon-and-google-account-for-over-half-of-todays-600-hyperscale-data-centers
[4] How Much Energy Do Data Centers Really Use? – Energy Innovation: Policy and Technology https://energyinnovation.org/2020/03/17/how-much-energy-do-data-centers-really-use/
[5] Energy Hogs: Can World›s Huge Data Centers Be Made More Efficient? – Yale E360
https://e360.yale.edu/features/energy-hogs-can-huge-data-centers-be-made-more-efficient
[6] https://www.networkworld.com/article/3325397/idc-expect-175-zettabytes-of-data-worldwide-by-2025.html