Green IT - Energiesparpotentiale in Rechenzentren

Green IT 

Bachelor-Arbeit für das SAP/HP Competence Center in Walldorf deckt Energiesparpotentiale in Rechenzentren auf  

Konnte man die durchschnittliche Server-Auslastung von rund 8 % auf 42 % erhöhen, so ließen sich etwa 75 % der Energiekosten sparen. Dies ist das Ergebnis einer Bachelor-Arbeit, die der Absolvent der Dualen Hochschule Baden-Württemberg, Fabian Schneider, bei Hewlett-Packard in Böblingen erstellte – im Auftrag des SAP/HP Competence Centers in Walldorf. Die Arbeit wurde angeregt und betreut von Dr. Michael Mißbach, der als einer der „Erfinder“ des SAPS Meters gilt. 

SAPS Meter by HP ist ein Web Service, mit dem die Betreiber von Rechenzentren und deren Kunden messen können, wie viel Rechenleistung eine SAP-Applikation verbraucht. Seit nicht mehr jedes Unternehmen oder jede Abteilung ihr eigenes Rechenzentrum betreibt, sondern die Rechenleistung zentralisiert oder nach außen verlagert, hat dieses Maß mehr als nur eine statistische Bedeutung: Es ist die Grundlage für die Kostenabrechnung. Die Einheit ist das SAPS (SAP Application Performance Standard), und so wie der Stromversorger die Energie in Kilowatt-Stunden (kWh) misst, gilt als Maß für die benutzten IT-Ressourcen die KiloSAPS-Stunde (kSAPSh). Damit lassen sich die Kosten für das Rechenzentrum scheinbar gerecht auf einzelne Abteilungen oder Kunden umlegen. 

Fabian Schneider (rechts) mit Matthias Schöberle
von Yokogawa im Benchmark Center der
Hewlett-Packard GmbH, Böblingen. 

Fabian Schneider: „Auf das Yokogawa-Messgerät
bin ich über den SPECpower-Standard ssj2008 
aufmerksam geworden. Hier wird ja nicht allein betrachtet:
Wie leistungsfähig ist ein Rechner? Sondern: Wie leistungsfähig
ist er in Bezug auf seinen Energieverbrauch? Mich hat erst
einmal interessiert: Wie machen die das, wie messen die d​​​as
wirklich nach, und dann bin ich auf das Yokogawa-Messgerät gestoßen.“ 

Der Ablauf ging glatt: „Ich habe an einem Mittwoch hingeschrieben, 
einmal telefoniert, am Freitag ging das Messgerät an mich raus
und war nächste Woche da.“ Und auch Michael Mißbach
„war ganz baff, dass das so plötzlich funktionierte.“
Laut Matthias Schöberle von Yokogawa war es freilich ein
Glück, dass die Anfrage in der Ferienzeit kam,
als das Gerat nicht für Demo-Zwecke reserviert war.  

Dennoch greift das Maß zu kurz. Denn während die Kosten für die Hardware trotz höherer Leistungsfähigkeit über Jahre hinweg etwa gleich blieben, steigen die Energiekosten stetig an. Die Entwickler setzten deshalb auf energiesparende Hardware, wobei sie vor allem den Stromverbrauch der CPUs für unterschiedliche Auslastungen skalierten und minimierten. Doch auch wenn die CPU nichts zu tun hat, laufen Memory, Festplatten und Netzwerk-Peripherie weiter. Durch immer größere Memories wird der unveränderliche Grundbetrag sogar noch höher. Eine der Aufgaben für Fabian Schneider war deshalb, den gesamten Stromverbrauch von Servern in Abhängigkeit von der Auslastung zu messen. Das Ergebnis: Die meisten älteren Server zogen auch im Leerlauf oder „Idle Modus“ ca. 60 % des maximalen Stroms, bei neueren Typen waren es immerhin noch knapp 40 %.

„Was ich nicht weiß, kann ich nicht verbessern. 
Also muss ich erst mal messen können.“ 
Dr. Michael Mißbach, Senior Consultant des SAP/HP Competence Centers, Walldorf

„So lang der Strom dafür gebraucht wird, tatsächlich benötigte Rechenleistung zur Verfügung zu stellen, ist die Welt ja in Ordnung“, sagt Michael Mißbach, „aber unsere Beobachtung ist, dass Server für Produktionsprozesse nicht mehr als 30 % Auslastung haben, nicht produktive eher unter 10 %.“ Das liegt vor allem an den Benutzern. Sie erwarten, dass die geforderte Rechenleistung jederzeit zur Verfügung steht – wenn sich morgens um acht Uhr alle Mitarbeiter gleichzeitig einloggen, wenn sie fast gleichzeitig auf die Enter- Taste drücken oder wenn am Monatsende die Gehaltsabrechnung läuft. Die IT-Administratoren legen ihre Systeme deshalb auf Spitzenlast aus: Lieber noch ein paar Blades ins Gestell integrieren als Beschwerden riskieren! Diese Server-Einschube kosten heute nur noch rund 5.000 Euro und „ideln dann so rum“, wie es im IT-Jargon heißt. 

Hinzu kommt die „Energie-Entsorgung“. Jedes verbrauchte Watt in der IT ist ein verlorenes Watt und muss per Klimaanlage wieder herausgepumpt werden. Das kann bei nicht optimalen Klimaanlagen noch einmal so viel Energie verschlingen. Auch die Klimaanlagen lassen sich verbessern. Noch besser ist es, die Verluste gar nicht erst entstehen zu lassen. 

Für Michael Mißbach ist deshalb klar, dass die Kunden auch gerecht an den Energiekosten beteiligt werden müssen. Zwar ist seine treibende Kraft der ökologische Gedanke: „...unser kleiner Beitrag, um den Planeten zu retten“. Dennoch setzt er bei der Ökonomie an: „Immer dann, wenn die Leute etwas zahlen müssen, fangen sie an zu denken, wie sie sparen können.“ Voraussetzung ist also, dass der Kunde die Energiekosten getrennt auf der Rechnung sieht. 

Der angehende Bachelor of Science Fabian Schneider hatte die Aufgabe, an mehreren Server-Typen den Zusammenhang zwischen Auslastung und gesamter Leistungsaufnahme zu messen und in einer Formel darzustellen, mit der man ausrechnen kann: Wie viele SAPS entsprechen bei diesem Server- Typ wie vielen Watt? So lassen sich Vergleiche anstellen und Kunden beraten, welche Server-Hardware für sie geeignet ist. 
 

Ältere Server-Typen bieten keine eigene Leistungsmessung. Neuere Server-Typen haben bereits Wattmeter „on board“, die sich per Software abfragen lassen. Jedoch war nicht klar, wie präzise sie sind und ob sie bereits den Wirkungsgrad der Netzteile berücksichtigen, d.h. ob die Ergebnisse die tatsächlich aufgenommene Leistung darstellen. Außerdem liefern sie nur alle fünf Minuten Ergebnisse in Kilowattstunden, also integriert zur mittleren aufgenommenen Energie. Fabian Schneider suchte deshalb nach einem externen Messgerät und fand im SPECpower-Standard ssj2008* das WT500 von Yokogawa als eines der Referenzgeräte aufgelistet. 

Die Ergebnisse von interner und externer Leistungsmessung waren vergleichbar. „Das konnte ich mit dem Yokogawa-Gerät ziemlich gut nachvollziehen“, bestätigt Fabian Schneider und ergänzt zugleich: „Mit dem WT500 habe ich natürlich eine viel höhere Auflösung. Ich habe 0,1-Sekunden-Messintervalle. Wenn ich die CPU angesprochen habe, habe ich sofort gesehen, was passiert, und konnte meine Formel viel besser darstellen und verifizieren.“ 

Energiesparpotentiale, ausgedrückt in Euro. 
Modellrechnung für ein Rechenzentrum mit 5.000 Blades. 

Nachts 90 % der Blades abschalten: 
Ersparnis = ca. 10.000 € pro Tag! 

Weitere Sparpotentiale durch Optimierung der Klimaanlage.   
 

Diese Formel soll jetzt helfen, die Aufmerksamkeit der „ITler“ auf die Energiekosten zu lenken. „Wenn ich die Aufmerksamkeit der Leute habe, dass sie mit ihren Ressourcen vernünftig umgehen und sparen wollen, dann muss ich natürlich als nächstes die Frage beantworten: Wie kann ich sparen?“ sagt Michael Mißbach und kommt damit auf die gegenwärtigen Trends im Rechenzentrum: Cloud Computing, Virtualisierung, Konsolidierung. Mit entsprechenden Tools lassen sich die Server vollautomatisch hoch- und runterfahren, so dass immer nur die Anzahl von Servern in Betrieb ist, die man momentan gut auslasten kann. Die Applikationen werden dynamisch hin und her verschoben, weitere Server hochgefahren, wenn die Last steigt, usw.

Dazu ist auf der Administrations- und Konfigurationsseite ein gewisser Mehraufwand nötig – und bei IT-Administratoren und Rechenzentrumsleitern die Überzeugung, dass sich der Aufwand lohnt.   

* Die Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) definiert Messverfahren, um vergleichbare, herstellerunabhängige Daten über neue Hochleistungsrechner zu erhalten. Der Vereinigung gehören Hersteller und Institute an. SPECpower_ssj2008 betrifft den Energieverbrauch von Servern.  

Weitere Informationen
www.dhbw-stuttgart.de 
www.hp.com/de/ausbildung 

Ein Artikel aus dem Yokogawa Test&Messtechnik Magazin Nr. 19.
Die vollständige Ausgabe finden Sie hier zum Download.