Sustainability-Gastkolumne, Folge 7 Green Data-Centers – für einen schlankeren CO2-Fußabdruck

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Betrachten wir Rechenzentren zunächst einmal ganz nüchtern als eine Anhäufung komplexer, technischer Systeme, so wird klar: Je mehr Verbraucher an einem Platz konzentriert werden, umso höher wird logischerweise der Gesamtverbrauch. Erschwerend hinzu kommt, dass sich auch die Abwärme multipliziert, was wiederum ganz neue Herausforderungen mit sich bringt.

Das ist die eine Seite der Medaille. Auf der anderen Seite ergeben zahlreiche, optimal aufeinander abgestimmte Systeme ein Gesamtkonstrukt, das imstande ist, mehr zu leisten als die Summe seiner Teile. Große, optimal ausgelastete Rechenzentren sind zur Zeit die effizienteste Möglichkeit, Daten zu verarbeiten und zu speichern. Für einen möglichst geringen CO₂-Footprint spielen drei Faktoren eine besondere Rolle:

• 1. die Kühlung beziehungsweise Nutzung der entstehenden Abwärme,

• 2. die primäre Energiequelle,

• 3. eine optimierte Infrastruktur.

Kühlung und Abwärme

Für die Berechnung der Energie-Effizienz eines Rechenzentrums hat sich der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) eingebürgert, der den Gesamtverbrauch eines Data-Centers in Relation zum Verbrauch der IT-Infrastruktur setzt. Der größte Batzen in der Rubrik „Sonstiges“ geht auf das Konto der Kühlung. Ein PUE-Wert von 1,5 bedeutet, dass rund 50 Prozent der Energie für Kühlzwecke verbraucht werden. Laut der Deutschen Rechenzentren GmbH liegt der Durchschnitt der Rechenzentren in Deutschland etwa bei 2,0 PUE. Faustregel: Werte ab 2,5 gelten als ineffizient, kleiner als 1,5 ist effizient. Der hohe Anteil der Kühlung am Energieverbrauch ist übrigens auch der Grund dafür, dass große Hyperscaler nach Standorten im hohen Norden oder an Flüssen suchen und damit experimentieren, Rechenzentren in Containern auf dem Meeresboden zu versenken.

Wärme ist Energie und kann im städtischen Umfeld auch abgeführt werden, um damit Wohngebäude oder Büros zu heizen. Das Borderstep Institut hat 2022 in einem Bericht festgestellt, dass die Abwärme der Rechenzentren in Frankfurt zukünftig reichen könnte, um alle Wohngebäude der Stadt mit Wärme zu versorgen. Leider sagt der Bericht auch, dass es Stand heute noch nicht möglich ist, die Abwärme direkt in Fernwärmenetze einzuspeisen, weil die Vorlauftemperatur zu gering ist. Aber ich bin optimistisch, dass sich dieses technische Problem mittelfristig lösen lässt.

Primäre Energiequelle

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Faktor ist die primäre Energiequelle – kommt der verbrauchte Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken oder aus regenerativen Quellen? Laut Bundesnetzagentur lag der Anteil des Stroms aus erneuerbaren Energien 2023 bei 56 Prozent der Netzlast. Braun- und Steinkohle steuern rund ein Viertel bei (26,22 Prozent), Erdgas 11,18 Prozent. Ein Baustein im Energiemix kann auch Eigenerzeugung sein, etwa durch Photovoltaik auf den Dachflächen oder Windkraft. Leider können RZ-Betreiber ihren Stromanbieter in der Regel nicht so einfach wählen, wie das bei Privathaushalten der Fall ist, weil der Energiebedarf schlicht so hoch ist, dass dazu besondere Abnahmeverträge geschlossen werden müssen.

Optimierte Infrastruktur

Kommen wir zu dem Part, auf den unsere Branche den größten Einfluss hat: die Technologie in Form von Hard- und Software. Verantwortungsbewusste Anbieter von Enterprise-Systemen legen bereits bei der Entwicklung großen Wert auf einen geringen Stromverbrauch und eine längere Lebensdauer. Auf die Rolle des Einkaufs für die Nachhaltigkeit bin ich bereits in einem Beitrag eingegangen („Nachhaltigkeit fängt schon weit vor dem Einkauf an“).

Durch die Modernisierung der IT-Infrastruktur und den Einsatz von Technologien wie Server-Virtualisierung und -Konsolidierung lässt sich die Anzahl der physischen Geräte reduzieren, was wiederum den Energie- und Platzbedarf senkt. Aber auch Software und IT-Prozesse haben enormen Einfluss auf die Energiebilanz. Sie sorgen für einen reibungslosen Betrieb und eine optimale Lastverteilung und erkennen anhand zahlreicher Parameter, wann Komponenten ausgetauscht werden sollten, um beispielsweise Ausfälle zu vermeiden.

Die zur Zeit optimale Kombination aus Hardware und Software im Rechenzentrum stellen HCI-Systeme (Hyper-Converged Infrastrucures) wie unsere Unified Compute Platform (UCP) dar, die Computing, Storage, Netzwerk und Verwaltungs-Software in einem System kombinieren und damit ein enorm skalierbares „Software-Defined Data Center“ (SDDC) ermöglichen. Hier kommen auch neue Entwicklungen im Bereich der Künstlichen Intelligenz zum Tragen. KI ist in der Lage, die Systeme permanent zu überwachen und bei Incidents selbständig einzugreifen. Anders als „traditionelle“ Automatisierungs-Software lernt sie aber mit zunehmender Betriebsdauer selbständig dazu, so dass manuelle Eingriffe und Incidents immer seltener werden.

Mehr noch: In Verbindung mit Virtualisierungstechnologie kann KI virtuelle Maschinen exakt abgestimmt auf die gerade benötigten Anforderungen und Workloads provisionieren und wieder deprovisionieren. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise auch Lastspitzen, etwa bei Monatsabrechnungen, bewältigen, indem andere Workloads temporär auf Pause gestellt und die Ressourcen konzentriert werden. Damit sorgt KI für eine optimale Lastverteilung im Rechenzentrum, die manuell mit zeit- oder eventbasiertem Scheduling nicht umsetzbar wäre. Voraussetzung für eine effiziente, KI-basierte Steuerung ist aber, dass die Infrastruktur systemübergreifend zentral administriert werden kann.

Abspecken mit der Digitaldiät

Allerdings befeuert der immer weiter verbreitete KI-Einsatz auch nochmals das Datenwachstum, speziell durch die benötigten Trainingsdaten. Hier werden Strategien benötigt, um das Datenwachstum einzugrenzen, also durch eine „Digitaldiät“ schlanker und fitter zu werden. Daten können beispielsweise dezentral am „Edge“ analysiert und konsolidiert werden. Und es ergibt auch Sinn, digitalen Ballast in Form selten oder gar nicht genutzter Daten abzuwerfen. Dazu müssen diese nicht einmal unbedingt gelöscht werden; allein das Verschieben in „kältere“ Speichertechnologien sorgt bereits dafür, dass bestehende Storage-Systeme nicht so schnell an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen. So gesehen trägt auch ein sparsamerer Umgang mit Daten dazu bei, das Data-Center „grüner“ zu machen.

Enormes Potenzial steckt auch in der Optimierung von Prozessen – aber das ist Thema meines nächsten Artikels. Stay tuned!

* Die Autorin: Petra-Maria Grohs, Geschäftsführerin Hitachi Vantara Deutschland.

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