Die digitale Transformation bringt einen steigenden Bedarf an Rechenleistung mit sich. Neue Technologien und ein intelligentes Data-Center-Management helfen, Kosten, Umweltbelastung und schädliche Einflüsse auf das Klima zu begrenzen und so eine nachhaltige Digitalisierung zu ermöglichen.
Informations- und Kommunikationstechnologien spielen für Wirtschaft und Verwaltung, aber auch für den Alltag der Menschen eine immer größere Rolle. Mit der zunehmenden Digitalisierung aller Bereiche steigt auch der Bedarf an Rechenleistung und Netzwerkkapazität – und damit der Einfluss des ICT-Sektors (Information and Communication Technology) auf Klima und Umwelt. Schon heute verbraucht die Branche acht bis zehn Prozent des gesamten Stroms in Europa, bis 2030 könnten es mehr als 20 Prozent sein (siehe dazu „Nachhaltige IT – warum eine grüne Digitalisierung wichtig ist“).
IT-Hersteller wie Intel beschäftigen sich deshalb intensiv mit Möglichkeiten, IT-Produkte nachhaltiger und grüner zu produzieren und Rechenleistung weniger umweltbelastend zur Verfügung zu stellen. Bereits 2018 hat das Unternehmen gemeinsam mit Supermicro und der NASA das TCE-Konzept entwickelt (Total Cost to the Environment) und in dem Video „Mission: Green Computing“ vorgestellt. Es soll neben den Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO), die bei IT-Investitionsentscheidungen üblicherweise betrachtet werden, auch die Folgen für Umwelt und Klima berücksichtigen.
In die Berechnung einer solchen Ökobilanz fließen zahlreiche Faktoren ein. So ist etwa zu bewerten, welchen Einfluss der Bau und Betrieb eines Rechenzentrums auf die direkte Umgebung hat, wieviel Wasser und Energie verbraucht werden und wie nachhaltig die eingesetzten Server-, Storage- und Netzwerkkomponenten sind. Eine Analyse aller relevanten Parameter ermöglicht es, Alternativen zu vergleichen und die Auswirkungen von Investitionen auf die Umwelt zu simulieren. Anhand dieser Berechnungen können Unternehmen bessere Entscheidungen treffen, die nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch sinnvoll sind.
Wie hoch-modulare Server den Ressourcenverbrauch senken
Ein wesentlicher Faktor der TCE ist die Nachhaltigkeit der verwendeten Hardware. In Rechenzentren kommen üblicherweise Blade-Server zum Einsatz, die sich Netzteil, Lüfter, Gehäuse, Controller und Netzwerkanschlüsse teilen. Auch wenn dies schon ein sehr platzsparendes und effizientes Design darstellt, so ist doch jedes Blade mit einem eigenen Prozessor (Central Processing Unit, CPU), zugehörigem Arbeitsspeicher (DRAM) und direkt angeschlossenen Festplatten beziehungsweise Flash-Laufwerken ausgestattet (Direct Attached Storage, DAS). Bei der Aktualisierung von Servern muss das gesamte Blade ausgetauscht werden, auch wenn viele Komponenten noch einwandfrei funktionieren. Intel hat deshalb im Jahr 2016 mit dem „Disaggregated Server“ ein neues Serverdesign konzipiert. Dabei wird die CPU/DRAM-Einheit von den übrigen Bestandteilen getrennt, so dass sie sich separat austauschen lässt. Nach Intels Schätzungen sind mehr als 50 Prozent der Systemkomponenten wiederverwendbar, was die Kosten senkt und zu weniger Elektroschrott führt.
Durch das neue hoch-modulare Design können Rechenzentren beim Server-Refresh bis zu 86 Prozent an Transportvolumen und bis zu 82 Prozent an Transportgewicht sparen. Weniger Versandmaterial sowie Kraftstoff- und Zeitaufwand für den Transport der neuen Teile tragen zu einer besseren Kosten- und Umweltbilanz bei. Im Vergleich zu einem Komplettaustausch (Rip-and-Replace) beträgt der Kostenvorteil nach internen Intel-Berechnungen bis zu 44 Prozent.
Energieeffizienz und hohe Leistungsdichte in Rechenzentren
Um den steigenden Leistungsanforderungen zu genügen, müssen Rechenzentrumskapazitäten ständig ausgebaut werden. Neubauten oder Erweiterungen führen allerdings zu einem hohen Raum- und Ressourcenbedarf. Daher hat sich Intel zur Aufgabe gemacht, vorhandene Kapazitäten besser zu nutzen, statt neue aufzubauen. Durch ein innovatives Design konnte das Unternehmen die Serverkapazität pro Rack-Reihe im Vergleich zum Branchendurchschnitt verdoppeln und die Leistung pro Rack-Fläche um 70 Prozent steigern. Ein innovatives Kühlsystem ermöglicht trotz Verzicht auf eine Wasserkühlung eine Rack-Leistungsdichte von bis zu 43 kW/Rack und eine Kühldichte von mehr als 100 W/m2.
Die Effizienz der Rechenzentren erreicht dabei einen Spitzenwert bei der Power Usage Effectiveness (PUE). Dieser Wert setzt den gesamten Energieverbrauch im Data Center ins Verhältnis zur Leistungsaufnahme der IT-Infrastruktur. Bei einem Wert von 1 würde die gesamte Energie vom IT-Equipment verbraucht, bei einem Wert von 2 dagegen nur 50 Prozent. Rechenzentren mit einer PUE <1,2 gelten als sehr effizient. Intel ist es gelungen, die PUE auf 1,06 zu drücken, das heißt, nur noch sechs Prozent Energie werden für andere Aufgaben wie Heizung, Kühlung oder Beleuchtung verwendet.
Alternative Energiequellen nutzen
Rechenzentren haben einen enorm hohen Energiebedarf, der mehrere Megawatt betragen kann. Für den Betrieb ist neben der Strommenge auch die Stromqualität entscheidend. Spannungsstörungen oder Frequenzschwankungen können die empfindlichen IT-Geräte beschädigen. Rechenzentrumsbetreiber sind daher auf eine zuverlässige kontinuierliche Stromzufuhr angewiesen.
Nicht überall ist eine Anbindung an das öffentliche Netz dabei die beste Lösung, wie der Intel-Standort Bangalore in Indien zeigt. Die vorhandene Kapazität im Stromnetz reichte nicht aus, um zwei Rechenzentren, Labore und Bürogebäude für mehrere Tausend Angestellte mit Energie zu versorgen. Der Bau eines neuen Umspannwerks hätte bis zu drei Jahre gedauert und mehr als 2.800 m2 Fläche belegt.
Das Unternehmen entschied sich daher dafür, Brennstoffzellen für die Primärversorgung einzusetzen. Strom aus dem öffentlichen Netz dient als Backup. Die Systeme erwiesen sich als so zuverlässig, dass auf eine zusätzliche Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit Dieselaggregaten verzichtet werden konnte. Die Zeit bis zur Inbetriebnahme ließ sich auf sechs Monate verkürzen und die Menge der CO2-Emissionen während eines Stromausfalls deutlich verringern.
Fazit: Nachhaltige IT braucht neue Wege
Modulare Systeme, hohe Leistungsdichte und Energieeffizienz sowie die Nutzung alternativer Energiequellen können den ökologischen Fußabdruck von Rechenzentren deutlich verkleinern. Eine weiterer Schritt zu mehr Nachhaltigkeit besteht darin, die Abwärme von Rechenzentren nicht in die Umgebung abzugeben, sondern zur Heizung von Wohnräumen und Gewerbeflächen zu nutzen. Auch in diesem Bereich arbeitet Intel bereits mit Partnern an neuen Lösungen.