Weniger Energieverbrauch und mehr Effizienz

Plan mit zehn Punkten

18. Mai 2015, 6:00 Uhr | Dr. Peter Koch, Senior VP Engineering & Product Management, Racks and Integrated Solutions bei Emerson Network Power, www.emersonnetworkpower.de./jos

Die stetig steigenden Strompreise und die immer größeren Anforderungen an Rechenzentren rücken eine Frage in den Vordergrund: Wie lassen sich der Stromverbrauch senken und die Energiekosten reduzieren, ohne dabei die Verfügbarkeit und die Ausfallsicherheit zu gefährden? Ein herstellerneutraler Fahrplan zeigt, wie Betreiber in zehn Schritten die Energieeffizienz sowohl der IT- als auch der Support-Systeme verbessern können - und dies vollkommen ohne Auswirkungen auf das Ausfallrisiko des RZs.

Entwickelt haben diesen herstellerneutralen Fahrplan namens "Energy Logic 2.0" Experten von Emerson Network Power. Er enthält zehn Strategieansätze zur Steigerung der Energieeffizienz und zu Energieeinsparungen im Rechenzentrum. Die zehn Schritte haben sie exemplarisch an einem 464,5 Quadratmeter großen Modellrechenzentrum mit einer Gesamtleistung von 1.543 kW bei einem Power-Usage-Effectiveness-Faktor (PUE) von 1,91 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung aller zehn Schritte den Energieverbrauch bei gleichbleibender Leistung um mehr als 70 Prozent senken kann.
1. Energiesparende Komponenten
Die zehn Schritte des Energy-Logic-2.0-Ansatzes lassen sich in jedem Rechenzentrum umsetzen, ohne dass damit einhergehende Veränderungen im Rechenzentrum das Ausfallrisiko erhöhen. Möglich macht dies vor allem der Kaskadeneffekt. Dieser beschreibt, wie sich Einsparungen der IT-Komponenten in den Support-Systemen verstärken. Bei dem Modellrechenzentrum mit einer PUE von 1,9 erzeugt eine Einsparung von einem Watt am Server-Prozessor eine Gesamteinsparung von 2,84 Watt im Rechenzentrum. Um den Kaskadeneffekt voll zu nutzen, lohnt sich deshalb die Anschaffung energiesparender Hardwarekomponenten. Auch nur durch den Einsatz hocheffizienter Prozessoren sind Energieeinsparungen von rund 11,2 Prozent möglich, denn diese verbrauchen im Durchschnitt anstatt 91 Watt nur 54 Watt.
2. Richtige Wahl der Netzteile
Heute bleiben Netzteile ebenso wie viele andere Server-Komponenten hinter ihrer verfügbaren Effizienz zurück. Ihr Wirkungsgrad liegt im Schnitt nur bei 86,6 Prozent, dabei wären bis zu 93 Prozent möglich. Nutzen Betreiber jedoch Netzteile mit besserer Leistung bei Teillast für Geräte mit zwei Netzkabeln, lassen sich rund 7,1 Prozent an Einsparungen des Gesamtenergieverbrauchs realisieren.
3. Moderne Stromverwaltung für die Server
Die meisten Server innerhalb eines Rechenzentrums arbeiten nur selten an ihrer Kapazitätsgrenze. Sie sind häufig nur zu 20 Prozent ausgelastet, verbrauchen jedoch 80 Prozent der für eine volle Auslastung notwendigen Energie. Eine intelligente Stromversorgung ist nicht nur eine geeignete Lösung, um den Energieverbrauch der Server kurzfristig zu senken. Vielmehr kann sie langfristig helfen, den Stromverbrauch der Server an Veränderungen der Auslastung des Rechenzentrums anzupassen. Möglich machen das moderne Lösungen für das "Datacenter-Infrastructure-Management" (DCIM). Sie sammeln zusätzlich Betriebsdaten in Echtzeit und führen diese mit den Nutzungsdaten der Server zusammen. Dies schafft die notwendige Transparenz, um ungenutzte Kapazitäten und leistungsschwache Server zu identifizieren und die Stromverwaltung sicher und effektiv anzupassen. Die Implementierung einer solchen Stromverwaltung kann den Gesamtenergieverbrauch um zehn Prozent senken.
4. Netzwerkarchitektur optimieren
Aufgrund nachträglicher Erweiterungen herrschen in Rechenzentren meist siloartige Architekturen. Mangelnde Ressourcenüberwachung und eine erschwerte Koordination der Switching/Routing-Infrastruktur des Netzwerks sind die Folge. Effizienzgewinne können sind in diesem Umfeld durch leistungsfähigere Netzwerkkabel erreichbar. Denn die Verlustleistung von Kategorie-7-Kabeln liegt deutlich unter der von Kategorie 5. Für die Implementierung einer zusammenhängenden IKT-Architektur benötigt man jedoch Regeln und Richtlinien, die für alle Systeme gelten. Die IT-Ressourcen sind dann nach einem an der Arbeitsbelastung ausgerichteten Gesamtkonzept installiert, das den Umfang des Netzwerks sowie die Kosten minimiert.
5. Virtualisierungsgrad erhöhen
Mithilfe einer stärkeren Virtualisierung ist es möglich, ältere Server mit hohem Energieverbrauch zu konsolidieren und so gleichzeitig Hardware einzusparen. Die Steigerung der Server-Virtualisierung von 30 auf 60 Prozent senkt den Energieverbrauch des Rechenzentrums um rund 29 Prozent. Dies bedeutet, dass bei einem Rechenzentrum mit 1.543 kW Energieverbrauch Einsparungen von 448 kW möglich sind. Voraussetzung dafür ist die effiziente Überwachung der virtualisierten Umgebung mit einem leistungsstarken DCIM-Tool. Denn dies schafft die notwendige Transparenz in Bezug auf die Verwendung der virtuellen Server und die freie Kapazität.
6. Unterbrechungsfreie Stromversorgung garantieren
USV-Systeme mit Doppelwandlertechnik bieten die größte Verfügbarkeit, benötigen aber vier bis sechs Prozent der zugeführten Energie für die Wandlung Wechselstrom-Gleichstrom-Wechselstrom. Dieser Verbrauch lässt sich bei einer Netzstromversorgung von höchster Qualität durch den Einbau eines Bypass-Schalters in das USV-System optimieren. Der Bypass gewährleistet einen unterbrechungsfreien Transfer der Last auf ein Hilfs- oder Sicherungssystem, um beispielsweise Wartungsarbeiten durchzuführen oder bei Überlastung eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu garantieren. Die Qualität der Bypass-Stromversorgung überwacht das USV-System. Die Implementierung des Eco-Modus und die Optimierung des Leistungspfads zwischen USV und IT-Komponenten senken den Gesamtverbrauch um vier Prozent. Wenn bereits die vorherigen Schritte des Fahrplans im RZ implementiert wurden, sinkt der Energieverbrauch an dieser Stelle sogar um zehn Prozent.
7. Kalte und warme Luft trennen
Durch eine Kaltgangeinhausung, die strikt kalte und warme Luft voneinander trennt, sind weitere Energieeinsparungen möglich. Zusätzlich sollte der Betreiber für eine präzise Steuerung von Ventilatorendrehzahl, Kühltemperatur, Luftfeuchtigkeit und dem Einsatz von Economizern sorgen. Mithilfe intelligenter Steuerungen kann die Kühlung nicht nur an der Umgebungstemperatur, sondern auch am konkreten Bedarf der Server ausgerichtet arbeiten. Sind Kompressor-Kühler-Kapazität und Luftstrom optimal aufeinander abgestimmt, ist eine höhere Temperatur im Kaltgang möglich. Toleriert die Kühleinheit um 5,6 Grad wärmere Rückluft, kann dies die Effizienz um 30 bis 38 Prozent steigern. Dadurch lässt sich der Energieverbrauch im RZ um weitere 5,2 Prozent senken.
8. Kühlsystem für Teillastbetrieb
Selten arbeiten Rechenzentren unter Volllast. Damit das RZ auch im Teillastbetrieb effizient arbeiten kann, müssen geeignete Kühlsysteme vorhanden sein. Bei Kaltwassersystemen verbrauchen die Ventilatoren die meiste Energie. Besser sind an dieser Stelle stufenlos regelbare EC-Ventilatoren (Electronical Commutation). Sie lassen sich in bestehende Kühleinheiten einbauen und über die intelligente Steuerung regeln. Der Energieverbrauch des Rechenzentrums sinkt durch ein derart optimiertes Kühlsystem um weitere 2,6 Prozent.
9. Kühlen mit Köpfchen
Der Energieverbrauch im Rechenzentrum kann der Betreiber ebenfalls durch die Erhöhung der Leistungsdichte (kW je Rack) senken. Voraussetzung ist jedoch eine Umgebung, die sehr hohe Dichten unterstützt. Dafür muss das Kühlgerät näher an die Wärmequellen herangebracht werden, um heiße Luft aus dem Warmgang zu ziehen und dem Kaltgang kalte Luft direkter zuführen zu können. Dazu wird ein Teil der Kühllast von herkömmlichen Umluftkühlgeräten auf zusätzliche Kühleinheiten übertragen, die an oder entlang der Racks angebracht sind. Damit lassen sich zusätzlich 1,5 Prozent an Energie einsparen.
10. Einheitliches Management: DCIM
Datacenter-Infrastructure-Management-Lösungen führen nicht nur alle relevanten Informationen eines Rechenzentrums an einer zentralen Stelle zusammen. Sie machen außerdem die Vorgänge so transparent, dass der Betreiber bisher ungenutzte Server- und Infrastrukturkapazitäten identifizieren und nutzen kann. Dies hebt für ein dynamisches Management die Grenzen zwischen der IT-Infrastruktur und dem Facility-Management auf. Rechenzentrumsverantwortliche und Facility-Manager beziehen ihre Informationen fortan aus nur einer einzigen Quelle. Auf dieser Basis ist es möglich - unter Einbeziehung aller Informationen - vorausschauende Entscheidungen bezüglich des Zusammenspiels von Effizienz, Verfügbarkeit und Kapazitätsauslastung zu treffen.
Nach Umsetzung aller aufgezeigten Schritte des Energy-Logic-2.0-Ansatzes können Rechenzentrumsverantwortliche die Effizienz steigern und den Energieverbrauch um bis zu 70 Prozent senken. Nicht alle Unternehmen sind jedoch in der Lage, alle zehn Schritte umzusetzen. Dennoch profitieren auch sie von der Umsetzung einzelner Punkte. Die Einsparungen fallen dann lediglich etwas geringer aus.


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