Modul 1 Einführung und energiebezogene Umwelteinflüsse von Rechenzentren und IT-Anlagen

1. Modul 1Einführung und energiebezogene Umwelteinflüsse von Rechenzentren und IT-Anlagen Version 1.021. September 2011

2. Eingebettete Umweltauswirkungen Fußabdruck der Rechenzentren Go GREEN!

3. Fußabdruck der Rechenzentren • Nach einer Prognose wird die Anzahl der Server von 18 Millionen in 2007 auf 122 Millionen in 2020 weltweit steigen (Climate Group und GeSI 2008); • Die Server werden zudem weitaus größere Prozessorkapazitäten als gegenwärtige Modelle besitzen. Der historische Trend des steigenden Gesamtenergieverbrauchs pro Server wird sich daher aller Wahrscheinlichkeit nach fortsetzen: Gewichtete Durchschnittsleistung (in Watt) der Top-6-Server, nach Absatz (Quelle: Koomey, 2007)

4. Fußabdruck der Rechenzentren • Dieses Wachstum wird viele negative Umweltauswirkungen hervorrufen, insbesondere aufgrund von: • Energie- und Ressourcenverbrauch sowie weitere Auswirkungen im Zusammenhang mit der Materialherstellung und –bearbeitung, die bereits in gekauften Servern und anderer Rechenzentrumsausstattung enthalten sind; • Energieverbrauch von Rechenzentren und der damit verbundene Betrieb von Kühlung und Luftbefeuchtung sowie • Entsorgung von Ausstattung die das Ende ihre Lebenszyklus erreicht hat.

5. Fußabdruck der Rechenzentren • Es wird prognostiziert, dass sich der Fußabdruck der Rechenzentren weltweit, einschließlich des Kohlenstoffausstoßes des verwendeten Materials, mehr als verdreifachen wird, von 76 Millionen Tonnen CO2-Emissionen in 2002 auf 259 Millionen Tonnen 2020 (Climate Group und GeSI 2008). • Die Studie geht davon aus, dass 75% dieser Emissionen mit dem Betrieb verbunden sind; • Die Summen repräsentieren etwa 14% bzw. 18% der gesamten IKT-bezogenen Emissionen; • Die Äquivalenz der IKT-bezogenen CO2-Emissionen soll etwa 2% der weltweiten Gesamtemissionen ausmachen (Climate Group und GeSI 2008). Daher entfallen rund 0,3% der globalen CO2-Äquivalenz-Emissionen auf Rechenzentren.

6. GoGREEN! • Der Begriff GREEN bezieht sich auf einen verantwortlichen wirtschaftlichen Umgang mit Energie und natürlichen Ressourcen; • GREENbedeutet für Rechenzentren so effizient wie möglich zu werden; • tiefgreifendere Untersuchung der Rechenzentrumsinfrastruktur durchzuführen und zu bestimmen, wo man verlässlicher und kosten- und energieeffizienter sein muss; • Es gibt Möglichkeiten, ein akzeptables Niveau an Verlässlichkeit zu erreichen ohne die Effizienz zu opfern, die umweltfreundliche Rechenzentren erfordern; • Umweltbezogene, wirtschaftliche, gesundheitliche und kommunale Vorteile!

7. (Quelle: HP) Energieverbrauch und –kosten in Rechenzentren Aktueller Trend und Einsparpotenziale

8. Energieverbrauch und –kosten in Rechenzentren • Es ist ein weitverbreitetes Missverständnis, dass Platz der größte Kostenfaktor beim Einsatz eines Rechenzentrums ist; • Wenn Rechenzentrumsmanager über Kosteneinsparungen nachdenken, gehen sie gleich auf das Thema Flächenredzierung ein; • Der größte Anteil der Ausgaben im Rechenzentrum wird für Elektrizität erbracht; • Wenn es um Kosteneinsparungen und eine effiziente Nutzung der Ressourcen geht, konzentrieren Sie sich auf das größte Stück vomKuchen.

9. Aufschlüsselung aller Rechenzentrumskosten Die typischen Gesamtbetriebskosten von 10 Jahren für die netzwerkkritische physikalische Infrastruktur (NCPI) in einem typischen Rechenzentrum gehen von$80,000 bis $150,000 pro Rack (Schneider Electric). Aufschlüsselung der gesamten Rechenzentrumskosten (Quelle: Schneider Electric)

10. Gesamtenergieverbrauch der US-Rechenzentren • Die Anzahl der IT-Geräte für Rechenzentren ist beträchtlich gestiegen; • Zwischen 2000 und 2006 hat sich der Energiebedarf der Rechenzentren in den USA auf 61 Milliarden kWh mehr als verdoppelt, was etwa 1,6% aller Stromverkäufe entspricht; • 2008 stieg der Wert um 13% auf ungefähr 69 Milliarden kWh (1,8% der gesamten US-Stromverkäufe); • Es wäre technisch machbar, diesen Bedarf durch ein aggressives Verfolgen von Effizienzmaßnahmenum bis zu 80% zu reduzieren (auf 13 Milliarden kWh, entspricht einer Einsparung von 56 Milliarden kWh).

11. Gesamtenergieverbrauch der US-Rechenzentren • Volume-Server und Kühlsysteme vereinen 70% der gegenwärtigen Nachfrage auf sich; • Etwa ein Drittel des Gesamtbedarfs entfällt Schätzungen zufolge auf unternehmenseigene Rechenzentren; • Die bedeutendsten Einsparungen sind mit Volume-Servern und Kühlsystemen verbunden; • Die Reduzierung des Energieverbrauchs für die Wärmeabfuhr der IT-Geräte spielt ebenso wie die Energieversorgung beim Minimieren von Infrastrukturausstattung und Energienutzung die wichtigste Rolle; • Infrastrukturmaßnahmen können ebenfalls zu erheblichen Einsparungen führen, insbesondere durch Effizienzsteigerungen in der Kühlung und der USV.

12. Globaler Gesamtstromverbrauch der Rechenzentren • - Der Stromverbrauch der Rechenzentren stieg von 2005 bis 2010 weltweit um etwa 56%, anstatt sich zu verdoppeln (wie von 2000 bis 2005 geschehen), während er sich in den USA um etwa 36% steigerte anstatt sich zu verdoppeln; • - Die weltweiten Rechenzentren haben 2010 wahrscheinlich einen Anteil von 1,1% bzw. 1,5% am Gesamtenergieverbrauch. Für die USA lag diese Zahl zwischen 1,7% und 2,2%; • - Obwohl Google ein hochkarätiger Nutzer von Computerservern ist, konnte weniger als 1% des globalen Stromverbrauchs der Rechenzentren dem Rechenzentrumsbetrieb des Unternehmens zugeschrieben werden. • (Quelle: Koomey, Growth in data center electricity use 2005 to 2010) • Westeuropa: -> 56 TWh/Jahr in 2007 und steigt voraussichtlich auf 104 TWh/Jahr bis 2020

13. Einsparpotenziale Einsparpotenzial pro Maßnahme für die USA, die selben Maßnahmen können jedoch auch in Europa angewendet werden.(Quelle: Koomey, Growth in data center electricity use 2005 to 2010)

14. Effizienzprogramme für Rechenzentren und Metrik EnergyStar, SPEC, The Green Grid, Climate Savers Computing Initiative, JEITA

15. Energy Star • Energy Star ist ein internationaler Standard für energieeffiziente Verbraucherprodukte, entstanden in den Vereinigten Staaten von Amerika; • Zunächst war es ein US-Regierungsprogramm Anfang der 1990er Jahre, aber Australien, Kanada, Japan, Neuseeland, Taiwan und die Europäische Union haben das Programm übernommen; • Die Energy Star Vorgaben variieren mit jedem Artikel und werden entweder von der Umweltschutzbehörde (EPA) oder dem Energieministerium erstellt.

16. Energy Star Effizienz- und Leistungsanforderungen an Server und Energieversorgung Energieeffizienz Leistungsfaktor

17. Energy Star Kriterien für die Leistungsaufnahme im Leerlaufbetrieb/ Idle-Modus • Die Kriterien zur Leistungsaufnahme können für die Beschaffung jedes Servertyps verwendet werden. • Das Idle-Modus-Kriterium ist hauptsächlich für Server relevant, die bei niedrigerer Auslastung betrieben werden. • Die Effizienz im Betriebszustand wird, insbesondere bei höheren Auslastungen, nicht berücksichtigt. • Die Anforderungen umfassen keine Blade-Server und Multi-Node-Server. • Quantitative Kriterien beschränken sich auf Server mit maximal 2 CPU-Sockeln.

18. Entwicklung der Energy Star Version 2 • Leistungsaufnahme im Betriebszustand einbezogen • Blade-Server einbezogen • Basierend auf SPEC-SERT • Basierend auf neuem Produktfamilien-Testansatz

19. Entwicklung der Energy Star Version 2 • Verbleibende Herausforderungen: • SPEC_SERT-Tool fertigzustellen • Das Benchmarking-Tool (wahrscheinlich SPEC SERT) muss immer noch abgeschlossen und getestet werden. Energie Star verlangt ein einheitliches Übereinstimmungskriterium, daher muss für SERT noch eine derartig aufgeschlüsselte Metrik entwickelt werden. • Die Produktfamilientestverfahren müssen in einer verantwortungsbewussten Art und Weise entwickelt werden. Das gegenwärtig vorgeschlagene Konzept ist nicht klar genug und soweit nicht überzeugend. • Das Konzept sollte auf Energie- und Leistungskriterien fußen, allein um einen fundierten und eindeutigen Rahmen bereitzustellen.

20. SPECpower Benchmark • Die Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) ist ein Non-Profit-Unternehmen dass eine standardisierte Auswahl an relevanten Benchmarks erstellt, führt und zulässt, die auf die neueste Generation der Hochleistungscomputer angewendet werden können; • SPEC entwickelt Benchmarks-Suiten und rezensiert und veröffentlicht eingereichte Ergebnisse von Mitgliedsorganisationen und anderen Benchmark-Linzenznehmern.

21. SPECpower Beispiele G5 (2.66GHz, Xeon L5430) G6 (2.40 GHz, Xeon L5530) G7 (2.26 GHz,Xeon L5640)

22. SPECpower Anwendung und Einschränkungen Empfohlene Anwendung • SPECpower_ssj2008 Benchmarkdaten können in der Beschaffung verwendet werden. Dieser Leistungsvergleich wird nicht allgemein für alle Serverprodukte von den Herstellern zur Verfügung gestellt, kann auf Nachfrage aber angefordert werden. • SPECpower_ssj2008 liefert nützliche Informationen, insbesondere für CPU-intensive Anwendungen und Auslastungen • Für eine korrekte Interpretation müssen alle Daten aus dem Leistungsvergleich berücksichtigt werden (Daten für alle Auslastungszustände und Leerlaufbetrieb). Einschränkungen • Leistungsvergleiche könnten mit einer betriebsuntypischen Produktkonfiguration durchgeführt worden sein (prüfen Sie die Konfiguration der getesteten Servermodelle!) • Der Leistungsvergleich liefert kein umfassendes Server-Assessment, dass auf alle Anwendungstypen/Auslastungen anwendbar wäre. Er ist CPU-zentriert und erlaubt keine allumfassende Bewertung einschließlich Speicher und Netzwerk. • Für ein umfassendes Assessment sollte SPEC-SERT verwendet werden (Anfang 2012 verfügbar)

23. SPEC-SERT-Tool Vorteile • erstes Konzept und Instrument zur umfassenden Beurteilung der Energieeffizienz von Servern • Aufgrund der Zusammenarbeit mit dem Energy Star kann dieser Ansatz zu einem internationalen Standard zur Beurteilung der Energieeffizienz werden • erlaubt eine differenzierte Beurteilung der Server, da eine beträchtliche Anzahl von verschiedener Worklettypen enthalten sind Verbleibende Herausforderungen • gegenwärtige Auswahl an Worklets ist noch zu testen. Die Beta-Testphase hat gerade begonnen • Energy Star verlangt einen Gesamtwirkungsgrad als Basis für ein Kriterium. Dies erfordert eine Gewichtung der verschiedenen Worklets beziehungsweise die Berechnung eines zusammengefassten Leistungsindikators. Abgesehen von den Anforderungen, die sich auf den Energy Star beziehen, könnte eine Zusammenstellung von punktuellen Leistungsbewertungen im Vergleich mit einer zusammengefassten Gesamtbewertung aussagekräftiger sein. Allerdings ist eine gewisse Zusammenfassung bzw. Verarbeitung der rohen Workletresultate erforderlich, damit die punktuellen Leistungsindikatoren effektiv genug sind. Für diesen Zweck können bedeutungsvollere Kombinationen aus unterschiedlichen Worklets und punktuellen Leistungsindikatoren für eine praxistaugliche Evaluierung definiert werden. Als oberstes Ziel punktuelle Leistungsverhältnisse

24. Green Grid • Green Grid ist ein offenes, gemeinnütziges Industriekonsortium aus Endverbrauchern, Entscheidungsträgern, Technologieentwicklern, Anlagenarchitekten und Versorgungsunternehmen mit dem Ziel, die Effizienz-ressourcen von Rechenzentren und unternehmenseigener Computerumgebungen zu verbessern; • Mit mehr als 175 Mitgliedsunternehmen weltweit, sucht Green Grid die Industriebemühungen global zu vereinen, eine gemeinsame Zusammenstellung von Metriken zu schaffen und technische Ressourcen sowie Bildungstools für weitere Ziele zu entwickeln; • Green Grid will im Bereich der ressourceneffizienten Rechenzentren und Geschäfts-Computerumgebungen zu einer globalen Autorität zu werden.

25. Green GridProduktivitätsproxies der Rechenzentren

26. ClimateSaversComputing • Die CSCI ist ein gemeinnütziger Zusammenschluss von umwelt-bewussten Verbrauchern, Unternehmen und Naturschutzorganisation, der 2007 von Google und Intel 2007 initiiert wurde; • Die Initiative wurde im Geist der Climate Savers des WWF gegründet und hat ihren Sitz in Portland, Oregon; • Ziel der CSCI ist es, die Entwicklung und Implementierung von intelligenten Technologien zu fördern, die die Effizienz der Leistungsaufnahme der Computer verbessern können und deren Energieverbrauch im inaktiven Zustand reduzieren. • Als Teilnehmer an der Climate Savers Computing Initiative engagieren sich Computer- und IT-Komponentenhersteller Produkte zu erzeugen, die die spezifizierten Energieeffizienzziele erfüllen, während andere Unternehmen sich zur Beschaffung von energieeffizienten IT-Produkten verpflichten.

27. JEITA - Japan Electronics and Information Technology Industries Association • Ziel der JEITA ist es, die gesundheitsbewusste Herstellung sowie den internationalen Handel und Verbrauch von Elektronikartikeln und -komponenten zu unterstützen, um zu der Gesamtentwicklung der Elektronik- und IT-Industrie beizutragen und damit auch die wirtschaftliche Entwicklung und kulturelle Prosperität Japans zu fördern; • Der Verband unterstützt auch aktiv den Umweltschutz durch Gegenmaßahmen, einschließlich solcher zur Bekämpfung der globalen Erwärmung.

28. Der Europäische Verhaltenskodex für Rechenzentren

29. Der europäische Verhaltenskodex • Gefördert durch JRC wurde er als Antwort auf den steigenden Energieverbrauch in Rechenzentren und aufgrund der Notwendigkeit, die damit einhergehenden Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und Energieversorgung zu reduzieren, geschaffen; • Er wurde in Zusammenarbeit mit der British Computer Society, AMD, APC, Dell, Fujitsu, Gartner, HP, IBM, Intel und vielen anderen entwickelt; • Betreiber und Besitzer von Rechenzentren zu animieren, den Energieverbrauch kosteneffizient zu reduzieren ohne die entscheidenden Funktionen des Rechenzentrums zu schwächen; • Das Verständnis des Energiebedarfs innerhalb des Rechenzentrums zu verbessern, zu sensibilisieren und Empfehlungen zu energieeffizienten Praxisbeispielen und Zielen.

30. Der europäische Verhaltenskodex • Freiwillige Initiative mit dem Ziel, interessierte Teilhaber zusammenzubringen, einschließlich der Koordinierung von anderen, ähnlichen Aktivitäten von Herstellern, Abietern, Beratern und Versorgungsunternehmen. • Von Vertragsunterzeichnern wird erwartet, sich zum Verhaltenskodex zu bekennen und diesen durch eine Reihe von vereinbarten Verpflichtungen zu befolgen; • Diejenigen, die sich dem freiwilligen Verhaltenskodex verpflichten, müssen gute Praxisbeispiele in Sachen Energieeffizienz umsetzen, ein Minimum an Beschaffungsstandards einhalten und jedes Jahr über ihren Energieverbrauch berichten; • Das letztendliche Ziel des Kodexes besteht darin, die Infrastruktureffizienz der Rechenzentren (DCiE) von gegenwärtig ca. 50% und weniger auf etwa 80% zu erhöhen.

31. Der europäische Verhaltenskodex • Anwendungsbereich • Rechenzentren jeder Größe – von Serverräumen bis zu dedizierten Gebäuden • Sowohl bestehende als auch neue Anlagen; • IT- und Anlagenleistung; • Beschaffung der Ausstattung und Systemdesign • Für: • Teilnehmer: Besitzer und Betreiber von Rechenzentren • Endorser: Anbieter, Berater und Industrieverbände

32. (Quelle: Google) Allgemeine Aspekte von energieeffizienten Rechenzentren Google Video mit guten Praxisbeispielen

33. Gute Praxisbeispiele zur Rechenzentrumseffizienz von Google • Google Video (10 Minuten) • http://www.youtube.com/watch?v=voOK-1DLr00

34. Diskussion Aufgaben Fragen im Zusammenhang mit dem Modul

35. Fragen/Diskussionen im Zusammenhang mit dem Modul • Inwieweit repräsentiert es den Energieverbrauch der Rechenzentren weltweit? • Haben Sie bereits Informationen über die in diesem Modul vorgestellten Initiativen/Programme erhalten? • Denken Sie, dass sie aktiver vorgehen sollten? • Befürworten Sie freiwillige Selbstverpflichtungen oder bevorzugen Sie verbindliche Gesetzgebungen?

36. Literaturempfehlungen Weißbücher Online-Publikationen Etc.

37. Literaturempfehlungen • Jonathan G. Koomey Veröffentlichungen • http://www.koomey.com/research.html • Schätzungen zu Energiebedarf und Effizienzpotenzialen von US-Rechenzentren • http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5934691&tag=1 • Energieeffiziente Rechenzentren in der Weiter- und Hochschulbildung • www.susteit.org.uk/uploads/DOCS/55-data_centres_final_27_5_09.doc • Schätzung des ökologischen Elektro-Fußabdrucks der Rechenzentren von Dennis Bouley, APC von Schneider • http://www.apcmedia.com/salestools/DBOY-7EVHLH_R0_EN.pdf

38. Literaturempfehlungen • Europäischer Verhaltenskodex für Rechenzentren • http://re.jrc.ec.europa.eu/energyefficiency/html/standby_initiative_data_centers.htm • The Green Grid • http://www.thegreengrid.org/ • ENERGY STAR Initiativen zur Energieeffizienz in Rechenzentren • http://www.energystar.gov/index.cfm?c=prod_development.server_efficiency • Climate Savers Computing Initiative • http://www.climatesaverscomputing.org/