Aufbau energieeffizienter IT-Infrastrukturen – die wichtigsten Faktoren
IT-Security beginnt bei vertrauenswürdiger Hardware. Das Projekt Caliptra will mit einem offenen Standard für einen Root-of-Trust-Sicherheitsprozessor die Grundlage dafür schaffen.
Die IT-Branche ist für rund zehn Prozent des weltweiten Stromverbrauchs und für mindestens 1,7 Prozent der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Bis 2030 könnte sich der Energiebedarf mehr als verdoppeln – vor allem aufgrund der zunehmenden Nutzung künstlicher Intelligenz.
Um die Klimaziele zu erreichen und die Energiekosten im Griff zu behalten, müssen Unternehmen bei Investitionsentscheidungen den Strombedarf ihrer IT-Systeme berücksichtigen. Das verlangen nicht zuletzt regulatorische Vorschriften wie das Energieeffizienzgesetz (EnEfG). Es schreibt unter anderem vor, dass Unternehmen mit einem jährlichen Energieverbrauch von mehr als 2,5 Gigawattstunden ein Umwelt- und / oder Energiemanagementsystem einführen müssen. Rechenzentren sind darüber hinaus verpflichtet, ihre Energieverbrauchseffektivität (Power Usage Efficiency, PUE) schrittweise zu verbessern und ein Konzept für die Abwärmenutzung zu erarbeiten.
Wie Rechenzentren effizienter werden
Um ihr Rechenzentrum auf die steigenden Anforderungen vorzubereiten und gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken, sollten Unternehmen folgende Maßnahmen ergreifen:
- Serverzahl reduzieren: Moderne Server sind energieeffizienter und bieten pro Höheneinheit deutlich mehr Leistung als ältere Geräte. Durch den Umstieg auf AMD EPYC Systeme lässt sich beispielsweise die Zahl der benötigten Server um bis zu 35 Prozent reduzieren.
- Virtualisierungsgrad erhöhen: Je mehr virtuelle Maschinen (VMs) auf einem physischen Server betrieben werden können, desto besser ist die Auslastung der Hardware und damit deren Effizienz. Wie groß der Einfluss sein kann, zeigt das Beispiel der DBS Bank. Das Finanzinstitut konnte durch die Migration auf AMD EPYC CPUs den Virtualisierungsgrad im Rechenzentrum auf 99 Prozent steigern und die Zahl der virtuellen Maschinen pro Rack von 250 auf 1.000 erhöhen. Dadurch ließ sich der Platzbedarf auf ein Viertel reduzieren und der Energieverbrauch halbieren.
- Kühlung verbessern: Die Kühlung stellt nach dem Stromverbrauch der Server den zweitgrößten Energieposten im Rechenzentrum dar. Techniken wie die Kaltgangeinhausung ermöglichen eine Trennung von Warm- und Kaltluftbereichen und optimieren so die Kühlung. Noch effektiver sind flüssigkeitsgekühlte Serverracks, in denen Wasser oder ein anderes Kühlmittel den Wärmeabtransport übernimmt.
- Auslastung optimieren: Die Energieeffizienz von Serversystemen lässt sich durch eine optimale Verteilung von Workloads und die Reduzierung von Leerlaufzeiten erheblich verbessern. Tools wie das CPU Power Management der AMD EPYC 9004 und 8004 Prozessoren ermöglichen es, Parameter wie die thermische Verlustleistung (Thermal Design Power, TDP), die Prozessorfrequenz, die Übertaktung sowie Art und Tiefe der Ruhezustände (Idle Modes) automatisch oder manuell an die aktuellen Anforderungen anzupassen und so für eine optimale Auslastung zu sorgen.
Energieeffizienz von Client-Systemen
Auch der Strombedarf von Client-PCs darf nicht unterschätzt werden, schließlich tragen hunderte oder tausende Einzelgeräte in ihrer Gesamtheit erheblich zur Energiebilanz eines Unternehmens bei. Mit den folgenden Maßnahmen lässt sich der Energiebedarf der Client-Flotte senken:
- Desktop-PCs durch Laptops ersetzen: Mobile Endgeräte sind für einen sparsamen Energieverbrauch optimiert, da sie zumindest zeitweise ohne direkte Verbindung mit einem Stromnetz betrieben werden. Die typische Leistungsaufnahme von Laptops liegt daher nur bei 30 bis 70 Watt, während Desktop-PCs bis zu 300 Watt benötigen.
- Auf den Energiebedarf von Laptops achten: Energieeffiziente Laptops verbrauchen weniger Strom und bieten dadurch längere Akkulaufzeiten. Da sie auch weniger Abwärme produzieren, müssen Lüfter seltener anspringen, was die Geräuschentwicklung senkt. Mit dem Prozessoreffizienzrechner von AMD lässt sich ermitteln, wie groß die Einsparung durch den Umstieg auf Geräte mit sparsameren Prozessoren ausfallen kann.
- Energiemanagementfunktionen einschalten: Laptops bieten in der Regel Funktionen für einen besonders sparsamen Betrieb. Dabei wird unter anderem die Bildschirmhelligkeit reduziert und der Ruhemodus früher aktiviert. Bei der Nutzung von Streaming-Anwendungen kann eine niedrigere Auflösung beziehungsweise Datenrate den Stromverbrauch zusätzlich senken.
Effizienter IT-Einsatz im australischen Outback – ein Beispiel aus der Praxis
Der Baukonzern Acciona plant und realisiert Infrastrukturprojekte auf der ganzen Welt – oft in abgelegenen Regionen wie dem australischen Outback. Die Arbeit dort findet häufig unter schwierigen Bedingungen statt. Es ist heiß und staubig, Strom und Kommunikationsnetze sind nur begrenzt oder gar nicht verfügbar. Das stellt hohe Anforderungen an die Robustheit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz der IT-Systeme.
Da das Unternehmen mit der bestehenden Infrastruktur immer wieder an Grenzen stieß, entschied es sich vor drei Jahren auf AMD-Systeme zu migrieren. Im ersten Schritt wurden die Mitarbeiter auf den Baustellen mit HP-Laptops auf Basis der Prozessorplattform AMD Ryzen PRO ausgestattet. Im Vergleich zu den bisherigen Systemen konnte die Leistung dadurch um 10 bis 20 Prozent verbessert und der Stromverbrauch um 25 Prozent gesenkt werden. Die Fachkräfte vor Ort können ihre Laptops nun bis zu acht Stunden am Stück nutzen, ohne sie zwischendurch aufladen zu müssen. Das hat zu einem erheblichen Produktivitätszuwachs geführt. Durch die verbesserte Energieeffizienz konnten außerdem die CO₂-Emissionen der Laptop-Flotte um 360 Tonnen pro Jahr gesenkt werden.
Auch was die Leistung angeht, erzielte Acciona durch den Umstieg auf die AMD-Plattform deutliche Vorteile. Viele komplexe Berechnungen lassen sich nun direkt auf den Geräten ausführen, statt die Daten zur Verarbeitung in ein Rechenzentrum senden zu müssen. Das reduziert die Abhängigkeit von guten Netzverbindungen. Für besonders anspruchsvolle Aufgaben wie die Analyse von Drohnenbildern setzt das Unternehmen Workstations ein, die mit 16-Kern-AMD Ryzen 9 und AMD Ryzen Threadripper Prozessoren ausgestattet sind. Dadurch ließ sich die Verarbeitungszeit von acht bis zwölf Stunden auf etwa vier Stunden reduzieren.
Inzwischen hat Acciona auch seine Instanzen beim Cloud-Provider Amazon Web Services (AWS) auf AMD-basierte Systeme umgestellt. Durch die Migration auf AMD EPYC Prozessoren sank die Berechnungszeit in der Anwendung PSCAD, einer Software für die Simulation von Energieanlagen, von 45 bis 60 Minuten auf 20 Minuten. Die Planung von Windparks, die bisher drei bis vier Jahre dauerte, kann nun in sechs Monaten abgeschlossen werden.
Fazit: Energieeffizienz ist mehr als eine Sparmaßnahme
Steigende Strompreise, gesetzliche Bestimmungen und der vermehrte Einsatz ressourcenintensiver Technologien wie künstliche Intelligenz und Robotik erfordern einen effizienten und verantwortungsvollen Umgang mit Energie. Bei den Maßnahmen zur Energieeinsparung geht es aber um mehr als nur um Kostensenkung oder die Erfüllung regulatorischer Vorgaben. Eine effiziente IT trägt auch maßgeblich zur Erreichung von ESG-Zielen (Environmental, Social, Governance) bei, stärkt die Widerstandsfähigkeit und Skalierbarkeit der Systeme und kann einen positiven Beitrag zum Markenimage leisten. Die Investition in energieeffiziente Systeme lohnt sich deshalb auch aus diesen Gründen.