Nachhaltigkeit beim Serverbetrieb

Der Weg zum grünen Gewissen

Freie Kühlung, Virtualisierung, Abwärmenutzung oder Lastspitzenauslagerung in die Cloud: Es gibt viele Konzepte, im Rechenzentrum nachhaltiger zu werden. Gerade kleine und mittelständische Unternehmen können damit beim Energieverbrauch sparen. Allerdings ist beim Gang in die Cloud Vorsicht geboten.

  • Green IT- Rechenzentrum

    Eine Reihe mittelständischer Cloud-Anbieter profiliert sich mittlerweile mit echten Nachhaltigkeitskonzepten.

  • Dr. Béla Waldhauser vom Eco-Verband

    Bei kleinen Unternehmen mit zwei, drei Servern steht der Aufwand bei der Klimatisierung oft in keinem Verhältnis, glaubt Dr. Béla Waldhauser vom Eco-Verband.

  • Dr. Ralph Hintemann, Borderstep Institut

    Laut Dr. Ralph Hintemann, Borderstep Institut, ist das Bewusstsein für den Energieverbrauch in Rechenzentren schärfer geworden.

  • Tobias Buser von The unbelievable Machine Company

    „Beim Wechsel in die Cloud kommt man im Optimalfall mit einem Viertel der Hardware-Ressourcen im Vergleich zur lokalen Bereitstellung aus“, meint Tobias Buser von The unbelievable Machine Company.

  • Peter Radgen von der Uni Stuttgart

    Peter Radgen von der Uni Stuttgart plädiert dafür, zumindest in den Wintermonaten mit der Abwärme von Rechenzentren andere Gebäude zu heizen.

Die Digitalisierung treibt den Stromverbrauch kontinuierlich in die Höhe. Auf bis zu 500 Milliarden Kilowattstunden wird der Energiebedarf aller Rechenzentren weltweit geschätzt, und das Ende der Fahnenstange ist nicht absehbar. Zwar versuchen gerade die großen Cloud-Provider von Google über Amazon Web Services bis Microsoft mit Nachhaltigkeit zu punkten – doch zwischen Versprechen und Realität liegt noch ein weiter Weg, solange das grüne Image vor allem mit Zertifikaten erkauft wird. Die Bezeichnung „Ökostrom“ sagt zudem gerade in Deutschland nicht viel aus, denn darin können bis zu 50 Prozent Graustrom aus Kohle- und Atomenergie enthalten sein.

Green IT war bereits vor zehn Jahren ein Trendthema, um das es dann aber schnell wieder still geworden ist. Im Rahmen der Diskussion um den Klimawandel fällt jetzt erneut der Fokus stärker auf den Energieverbrauch von Rechenzentren. Man sei deutlich weiter als damals, glaubt Dr. Ralph Hintemann, Gesellschafter und Senior Researcher des Borderstep Instituts, das zu Innovation und Nachhaltigkeit forscht. „Damals konnten über 90 Prozent der Unternehmen nicht sagen, wie hoch der Energiebedarf ihrer Rechenzentren ist, heute können rund 80 Prozent den Bedarf nennen“, so Hintemann. Gerade bei kleinen und mittelständischen Unternehmen, bei denen das Rechenzentrum eher „nebenherläuft“, gebe es jedoch häufiger Verbesserungsbedarf.

Schnell weniger Energie verbrauchen

Themen, die Unternehmen direkt angehen können, sind der Einsatz von effizienteren Technologien z.B. bei der USV (Unterbrechungsfreien Stromversorgung), der Optimierung des Betriebs und beim Thema „Klimatisierung“ und bei der Einhausung mit Kalt-Warmgang-Trennung. „Damit lässt sich eine ganze Menge erreichen“, glaubt Hintemann.

Bei kleinen Unternehmen mit zwei, drei Servern steht der Aufwand bei der Klimatisierung oft in keinem Verhältnis, glaubt Dr. Béla Waldhauser, Sprecher der unter dem Dach vom Eco-Verband gegründeten Allianz zur Stärkung digitaler Infrastrukturen in Deutschland. Die Initiative setzt sich dafür ein, Rechenzentren noch nachhaltiger zu gestalten. Dazu zählt auch der Vorstoß, die Abwärme von Rechenzentren zu nutzen – beispielsweise zum Beheizen angrenzender Bürogebäude, Schwimmbäder oder Gewächshäuser. Bei größeren Systemen lohne es sich aber sehr wohl, sich mit effizienterer Kühlung zu beschäftigen, meint der Experte. Neue Rechenzentren erreichen z.B. einen PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) von etwa 1,3. Das bedeutet, die IT braucht 100 KW, der Rest sind Klimatisierung und Kühlung mit 30 KW. Bei alten Rechenzentren liege dieser Wert eher um die 2 oder höher. Heißt: Die Technik drum herum braucht mindestens ebenso viel Strom wie die IT selbst. „Heute lässt sich die Technik zwischen 22 und 24˚C im Kaltgang betreiben. Moderne Server kommen damit klar, es gibt sogar Empfehlungen des Branchenverbands Ashrae bis 27 ˚C im Kaltgang“, berichtet Waldhauser, der zugleich CEO des RZ-Dienstleisters Telehouse Deutschland GmbH ist.

„Bei mehreren Serverschränken lohnt sich eine Kaltgang-/Warmgang-Einhausung. Dabei bringt selbst eine einfache Lösung Vorteile, bei der Kühlluft und Wärmeableitung mit Vorhängen oder Lamellenjalousien in zwei Bereiche getrennt werden“, erklärt Professor Peter Radgen, der den Lehrstuhl für Energieeffizienz am Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart innehat. Zwar sehen viele RZ-Experten das Thema „Abwärmenutzung“ noch in den Kinderschuhen. Aus Sicht von Radgen sollten Unternehmen dennoch überlegen, ob sich zumindest in den Wintermonaten mit der Abwärme Gebäudeteile heizen lassen. Je kleiner das Rechenzentrum, desto schwieriger sei es allerdings, hier eine Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Der Professor rät auch, auf SSD-Festplatten umzusteigen, die zwar etwas teurer, aber auch effizienter seien. Gerade bei neuen RZ oder Modernisierungsvorhaben sollten die Betreiber auf freie Kühlung und modernes, effizientes Equipment achten. „Netzteile sind ein wichtiges Thema: Statt Billignetzteile zu kaufen, die nur etwa 80 Prozent Wirkungsgrad erreichen, lohnt es sich, etwas mehr auszugeben und
90 Prozent Wirkungsgrad zu erreichen, um die Kühlleistung zu senken“, empfiehlt der Experte zudem.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 5-6/2020. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Zu hohe Verbrauchswerte als Basis

Ein besonders großes Problem – und damit natürlich Verbesserungspotenzial – liegt darin, dass die Serverauslastung regelmäßig falsch bemessen wird, auch in der Cloud. Dann verbraucht die Infrastruktur viel Strom, die gar nicht genutzt wird. „Typischerweise nutzen Unternehmen nur etwa 50 bis 60 Prozent dessen, was vereinbart wurde“, sagt Waldhauser. Ein Puffer nach oben sei sinnvoll, doch eine Fabrik würde man beispielsweise auch nicht 100 Prozent größer bauen. „Es wird selbst von erfahrenen Unternehmen immer noch mit zu hohen Verbrauchswerten herangegangen und dann ist es auch kein Wunder, wenn der Betrieb nicht effizient ist“, so Waldhauser. Einen anderen Ansatzpunkt für mehr Effizienz sieht der Experte beim Thema „Virtualisierung“: „Es könnte nach wie vor wesentlich mehr virtualisiert werden. ITler nutzen gern für jede Software einen eigenen Server, aber mehrere Applikationen parallel verbessern die Auslastung eines Servers deutlich“, sagt Béla Waldhauser. Der Stromverbauch von Servern sei relativ unabhängig von ihrer Auslastung. Auch deshalb könnte die Cloud auch aus Nachhaltigkeitssicht interessanter werden.

Doch Deutschland hängt im Vergleich zu anderen Ländern bei der Cloud-Nutzung hinterher, obwohl Unternehmen bis zu 80 Prozent an Strom einsparen könnten. Nach der Erfahrung von Tobias Buser bewegen sich die Servernutzungsraten im Cloud-Bereich um die 65 Prozent, während lokale Server oft nur bei 15 Prozent Auslastung liegen. „Beim Wechsel in die Cloud kommt man im Optimalfall mit einem Viertel der Hardware-Ressourcen im Vergleich zur lokalen Bereitstellung aus. Das macht aus der Nachhaltigkeitssicht schon einen Unterschied“, so der Teamleiter Development und Operations beim Berliner Cloud-Spezialisten The unbelievable Machine Company. Wichtig seien fundierte Auslastungsprognosen, um das richtige Maß an Ressourcen vorzuhalten. „Es ist eine hohe Kunst, die optimale Auslastung hinzubekommen. Daher ist eine strategische Planung mit klaren Vorgaben und Zielen unverzichtbar“, sagt Buser.

 

Steuererleichterung für nachhaltige Rechenzentren
Einer Preisanalyse des Digitalverbandes Bitkom zufolge zahlen deutsche Rechenzentren innerhalb Europas die höchsten Preise für Strom: Teilweise ist die Energieversorgung bis zu sechsmal teurer als in anderen Ländern. So fallen demnach rund 113 Euro pro Megawattstunde an Steuern, Abgaben und Netzentgelten an, in den Niederlanden sind es nur 17,08 Euro. Um zu verhindern, dass immer mehr Rechenzentren ins Ausland abwandern und die Datensouveränität in Gefahr gerät, empfiehlt der Verband Erleichterungen für besonders nachhaltige RZ. Die entsprechenden Leitlinien und Gesetze sollten dafür auf europäischer und nationaler Ebene überarbeitet und geprüft werden.

 

Die Cloud kann eine gute Antwort sein

„Mit dem Blick auf Economies of Scale ist ein KMU in der Regel nicht so effizient wie ein großer Provider, der Kosten- und Effizienzvorteile generieren kann, auch indem er die Server besser auslastet“, meint Peter Radgen. Selbst Colocation, also eigenes, dediziertes Equipment in den Räumen eines größeren RZ-Dienstleisters, zu dem die eigenen Mitarbeiter dann Zugang haben und selbst die Server betreuen, kann effektiver sein. „Mit Colocation bekommen Unternehmen häufig auch gleich ein Datensicherungskonzept und Georedundanz, das haben KMU mit nur einem eigenen RZ nicht immer auf dem Schirm“, so Radgen. Auch das moderne Equipment, das selbst bei Colocation häufiger erneuert wird, trage einen Teil zur Nachhaltigkeit bei – hier scheuten KMU die damit verbundenen Investitionen. Bei der Nachhaltigkeit durch Strom aus erneuerbaren Energien könnten kleinere Unternehmen jedoch ein ebenso hohes oder höheres Niveau wie große Anbieter erreichen.

Insgesamt kommen kleine, unternehmenseigene Rechenzentren in puncto Nachhaltigkeit jedoch nicht an die PUE-Zahlen der großen Provider heran, meint auch Max Hille, Senior Analyst beim Marktforschungsunternehmen Crisp Research. Aus seiner Sicht lohnt es sich für kleine und mittelständische Unternehmen, eine hybride Infrastruktur zu schaffen, in der bestimmte Lasten ausgelagert werden. Doch beim Bewegen von datenintensiven Workloads kann es teuer werden. Werden aber nur die „richtigen“ Teile ausgelagert, lassen sich in einer optimalen Konfiguration sogar Kosten sparen. Eine Grundlast sollte im eigenen Rechenzentrum verbleiben, allerdings bei optimierter Auslastung. Eine echte Chance für eine solche Optimierung sieht Hille gerade in Cloud-nativen Open-Source-Werkzeugen, die z.B. für Service Delivery in der Cloud geschaffen wurden. „Solche Tools helfen sehr gut beim Management und auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Infrastruktur“, so der Marktanalyst. Dazu gehören die Paketierung in Containern und der Einsatz von Continuous Delivery und Deployment, sprich von DevOps-Konzepten, die Entwicklung und Betrieb von Software miteinander verbinden. Ein Beispiel dafür ist Red Hat Openstack, das auch die Container-Plattform Kubernetes einbezieht. „Viele dieser Management-Tools sind hybridfähig, mit ihnen lässt sich die Schnittstellenverwaltung zwischen On-Premise-Komponenten und Cloud-Komponenten abbilden“, so Hille. Mit diesen neuen Werkzeugen lassen sich zudem im IT-Management Lizenzkosten einsparen.

Schubwirkung durch Corona-Krise

„Es kann durchaus sein, dass Unternehmen im Gefolge der Corona-Krise mehr in die Cloud verschieben. Aber das ist ein Projekt, das auch erst mal gestemmt werden muss – und der Aufwand ist einer der Gründe, warum gerade die kleinen Unternehmen hier zögern“, meint Ralph Hintemann. Laut Statistischem Bundesamt nutzten im Jahr 2018 überhaupt nur 19 Prozent aller Unternehmen kostenpflichtige Cloud-Dienste. Hintemann ist jedoch optimistisch, dass Cloud-Dienste in gut geplanten Projekten oft günstiger sind als der Betrieb eigener Rechenzentren. Doch dass die Cloud-Variante billiger kommt, bleibt eine Ausnahme. „Kosteneinsparungen rechnen sich nur schwer als primäres Ziel für ein Umstiegsszenario. Der Weg in die Cloud lohnt sich eher in funktionaler Hinsicht und für eine qualitative Verbesserung und Professionalisierung“, konstatiert Max Hille.

Aus Sicht von Peter Radgen wird sich der Trend zur Cloud verstärken, vor allem weil Unternehmen dann nicht mehr so viele unterschiedliche interne Experten benötigen. Billiger wird es wohl dennoch nicht. „In der Summe lassen sich keine Kosten sparen. Ich empfehle zudem jedem, der über den Einstieg in die Cloud nachdenkt, auch gleich über den Ausstieg nachzudenken. Im Problemfall kann es mit einem Lock-in-Effekt sonst sehr teuer werden zurückzugehen“, sagt der Professor. Es sei weiter zwingend erforderlich, für den Cloud-Betrieb eigene Expertise vorzuhalten.

Vor dem Umzug muss die Strategie stehen

Auch für Tobias Buser liegen die Vorteile von Infrastructure as a Service (IaaS) darin, nicht mehr so viele eigene Spezialisten vorhalten zu müssen. „Es ist aber entscheidend, ein langfristiges Konzept und eine IT-Strategie zu erarbeiten – und zu schauen, wie die Cloud da hineinpasst. Ein typischer Fehler besteht darin, einen zu radikalen Cloud-first-Ansatz zu wählen und dabei die Kosten für die Anpassung der eigenen Applikationen an die standardisierten Cloud-Services zu vernachlässigen“, stellt Buser klar. Die Preismodelle der Anbieter sind sehr komplex und schwer vergleichbar, aber eines wird immer teurer: „Durch die immer größer werdenden Datenmengen ist die Übertragung über Netzwerkverbindungen in die Public Cloud oft nicht mehr kosteneffizient abbildbar“, merkt Buser an. Deshalb sollten Unternehmen für datenintensive Anwendungsfälle auch in Betracht ziehen, ihre Daten mit Edge Computing dort zu verarbeiten, wo sie entstehen, und nur beispielsweise die aggregierten Ergebnisse übertragen – also in Richtung einer hy-briden Infrastruktur zu gehen. Die Auslagerung von Rechenpower in die Cloud lohne sich vor allem dort, wo man Ressourcen nur für kurze Zeit in Anspruch nehmen und entsprechend kurz ohne großes initiales Investment zahlen wird.

 

So geht Nachhaltigkeit in der Cloud
Eine Reihe mittelständischer Cloud-Anbieter profiliert sich mittlerweile mit echten Nachhaltigkeitskonzepten. Windcloud setzt rein auf erneuerbare Energie aus Windkraft. Mit der Abwärme wird eine Algenfarm beheizt und Industriehanf getrocknet, beides bindet zudem CO2. Windcores verbindet Windkraftanlagen mit Rechenzentren, die durch den direkten Windstrom praktisch klimaneutral funktionieren. Der Dresdner Anbieter Cloud & Heat berät Unternehmen bei der nachhaltigen RZ-Gestaltung und bietet Cloud-Services an. Durch Heißwasserdirektkühlung wird die Abwärmenutzung zum Heizen von Gebäuden oder die Anbindung an Fern- und Nahwärmenetze ermöglicht.

 

Bildquelle: Gettyimages/iStock / Eco / Borderstep Institut / Uni Stuttgart / The unbelievable Machine Company

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