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Auch nach dem Tag der Erde im Fokus: Rechenzentren
Das Datenwachstum hält an und Rechenzentren müssen es bewältigen. Zugleich werden Energieeffizienz und Nachhaltigkeit immer wichtiger, was signifikante RZ-Änderungen erzwingt.
Die Auswirkungen der Dateninfrastruktur auf die Umwelt nehmen mit schnell wachsenden Daten-Workloads zu. Zugleich mahnte kürzlich der Tag der Erde erneut, den CO2-Ausstoß zu minimieren und schonend mit Ressourcen umzugehen. Der Aufbau eines nachhaltigen Modells für die Zukunft erfordert jetzt auch Datenspeichertechnologie, die weniger Strom verbraucht, weniger Abwärme erzeugt und den Elektroschrott minimiert.
Rechenzentren, die das anhaltende Wachstum der Digitalisierung unterstützen, sind derzeit für etwa ein Prozent des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich. Laut einer Borderstep-Studie im Auftrag von Bitkom lag die Leistungsaufnahme der etwa 3.000 Rechenzentren in Deutschland im Jahr 2020 bei knapp 2.100 Megawatt und damit 84 Prozent höher als noch 2010, Tendenz weiter steigend. Der jährliche Stromverbrauch von Serverfarmen und kleineren IT-Installationen in Deutschland ist laut der genannten Studie von 2010 bis 2020 von 10,5 auf 16 Milliarden kWh gestiegen. Kleinere, mitunter weniger effiziente Rechenzentren machen dabei einen beträchtlichen Teil des Energieverbrauchs in diesem Bereich aus.
Technologische Optimierung ist unausweichlich
Der europäische Markt für Rechenzentren ist in den letzten Jahren insgesamt rapide gewachsen. Dies ist unter anderem das Ergebnis attraktiver Standortpolitik – wie in Irland, wo Rechenzentren zu einem der größten Energieverbrauchergeworden sind. Um die Gefahr von Stromausfällen zu verringern, hat Irlands staatlicher Stromversorger ein Moratorium für den Bau neuer Rechenzentren verhängt, und andere Länder wollen diesem Beispiel folgen. Dies kann zwar den steigenden Energieverbrauch eindämmen, aber ist keine Lösung für das enorme Datenwachstum, das sich fortsetzen dürfte. Ein praktikabler Ansatz erfordert daher die Optimierung von Rechenzentren im Hinblick auf Effizienz und Nachhaltigkeit.
Damit Rechenzentren insbesondere mit dem schnellen Wachstum an unstrukturierten Daten Schritt halten zu können, müssen die Betreiber immer wieder nachrüsten. CPUs, Netzwerk-Switches und Beschleuniger werden mit jeder neuen Generation leistungsstärker. Bei Servern steigt der Stromverbrauch durch schnellere Prozessoren und Arbeitsspeicher. Stromfressende Beschleuniger werden immer größer und produzieren mehr Abwärme. Spitzen-Beschleunigerkarten können Hunderte von Watt pro Stück verbrauchen. Besonders leistungsstarke GPU-Varianten benötigen bereits eine Flüssigkeitskühlung. Generell steigen die Anforderungen an die Kühlung, um den ständig steigenden Energiebedarf dieser Komponenten zu bewältigen. Dies hat zu einem Anstieg des absoluten Stromverbrauchs und zu einem massiven Kostenanstieg geführt.
Großes Potenzial für Einsparungen – mit Flash
Ein hoher Stromverbrauch steht in direktem Widerspruch zu den Nachhaltigkeitszielen der Unternehmen und zu den gesellschaftlichen Forderungen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und den ökologischen Fußabdruck zu verkleinern. Infolgedessen steht bei Entscheidungen über die Gestaltung von Rechenzentren zunehmend die Energiefrage im Vordergrund. Hier gibt es ein großes Potenzial für Einsparungen. Mit dem Siegeszug der Flash-Technologie benötigt die Datenspeicherung pro Terabyte heute deutlich weniger Strom als je zuvor. Angesichts zugleich steigender Leistungsanforderungen bleibt Flash das Mittel der Wahl.
Bis vor kurzem waren Festplatten (HDDs) die gängige Speicherlösung vieler Rechenzentren. Der Übergang von HDD zu Flash in Rechenzentren mag im Vergleich zu Consumer-Geräten langsam sein, vor allem in Hyperscaler-Umgebungen, aber er vollzieht sich bereits. Die neuen Flash-Generationen sind pro Terabyte weitaus effizienter als HDDs. Der kontinuierliche Fortschritt bei Flash – von SLC (Single-Level Cell), MLC (Multi-Level Cell), TLC (Triple-Level Cell) zu QLC (Quad-Level Cell) und darüber hinaus – wird diesen Trend fortsetzen. Jede neue Generation von Flash-Speicherzellen wird noch effizienter. Kontinuierliche Fortschritte bei der Verwaltung von Flash-Medien treiben die Gesamteffizienz voran.
Flash-Management auf Systemebene
Die Speichertechnologie erweist sich als eine der wenigen Technologien, mit der eine gesamte Branche die Möglichkeit hat, den Stromverbrauch des Rechenzentrums zu senken und gleichzeitig die Leistung, Dichte und Effizienz zu erhöhen. Viele Hersteller haben neue Flash-Speicherlösungen bislang jedoch als Festplatten getarnt, um Flash mit älteren Produkten und Protokollen kompatibel zu machen. Solid-State-Disks (SSDs) verwenden Controller-Chips mit eigenem Speicher, um ein komplexes Array von NAND-Chips mit Hilfe einer Flash-Übersetzungsschicht (Flash Translation Layer, FTL) als einen zusammenhängenden Satz von Datenblöcken erscheinen zu lassen. Dies ist ineffizient, da jede zusätzliche Schicht den Stromverbrauch erhöht.
All-Flash- oder Hybrid-Arrays, die auf handelsüblichen Standard-SSDs basieren, kommunizieren mit den Flash-Laufwerken im Prinzip wie mit einer herkömmlichen Festplatte. Dies erfolgt so, als würde es sich um eine Gruppe zusammenhängender identischer Blöcke handeln. Im Gegensatz dazu ist eine direkte Flash-Ansteuerung ein Ansatz zur Verwaltung von Flash-Medien auf Systemebene – und nicht auf Laufwerksebene. Statt auf Standard-SSDs angewiesen zu sein, kommt hierbei Raw Flash zum Einsatz. Durch die direkte Kommunikation mit dem Flash-Speicher lässt sich die Leistungsfähigkeit maximieren, eine bessere Effizienz erzielen und somit Strom sparen, da notwendige DRAM-Bausteine und Controller im Gegensatz zu SSDs nicht notwendig sind.
Die Nutzung des Flash-Managements auf Systemebene steigert neben Effizienz und Dichte auch die Leistung und Zuverlässigkeit. Einen weiteren Beitrag zur Effizienz leistet eine moderne Software für Datenreduzierung und -komprimierung, was auch die Gesamtbetriebskosten (TCO) reduziert. Für einen geringeren ökologischen Fußabdruck sorgt auch die höhere Dichte aktueller Flash-Speicher, die es möglich machen, weniger Einheiten pro Rack zu betreiben. Lässt sich beispielsweise eine Speicherkapazität von einem Petabyte mit fünfmal weniger Peripherie-Hardware realisieren, ist das System wesentlich effizienter als mit herkömmlichen Arrays mit geringerer Speicherdichte.
Nachhaltige Infrastrukturbeschaffung mittels Abo-Modell
Wenn es darum geht, die Effizienz von Rechenzentren zu steigern, ist klar, dass es keine Einzellösung gibt. Vielmehr bedarf es eines mehrgleisigen Ansatzes, um mit einer Kombination aus Innovation und Strategie den Verbrauch von Strom, Wasser und Platz zu reduzieren. All-Flash-Speicher ist zunehmend Teil der Lösung. Flash-Technologie sollte jedoch von Grund auf so konzipiert sein, dass sie einen messbaren Beitrag zu mehr Effizienz im Rechenzentrum leistet. All dies führt zu betrieblicher und energetischer Effizienz mit einem geringeren CO2-Fußabdruck, höherer Auslastung und weniger Elektroschrott.
Für die Beschaffung von Storage-Infrastruktur bietet sich ein Abonnementmodell an. Hierbei hält der Hersteller die beim Kunden eingesetzten Produkte fortlaufend auf dem neuesten Stand. Upgrades vor Ort vermeiden monate- oder jahrelange Migrationen, bei denen sowohl die alten als auch die neuen Arrays Energie verbrauchen. Durch die kontinuierliche Aufrüstung von Array-Komponenten nur bei Bedarf wird das herkömmliche Verfahren des Austauschs ganzer Systeme überflüssig.
„Die Speichertechnologie erweist sich als eine der wenigen Technologien, mit der eine gesamte Branche die Möglichkeit hat, den Stromverbrauch des Rechenzentrums zu senken und gleichzeitig die Leistung, Dichte und Effizienz zu erhöhen. Beispielsweise steigert die Nutzung des Flash-Managements auf Systemebene neben Effizienz und Dichte auch die Leistung und Zuverlässigkeit.“
Markus Grau, Pure Storage
IT-Führungskräfte müssen mittlerweile stets die Nachhaltigkeit im Auge behalten. Speichertechnologie, die nicht von Haus aus auf ein Höchstmaß an Effizienz ausgelegt ist, birgt durch nachträgliche Maßnahmen und zusätzliche Schichten zunehmende Komplexität in sich und verfehlt den Zweck einer wirklich zukunftssicheren Transformation. Nachhaltigkeit ist in der heutigen Geschäftswelt jedoch ein Muss, und sie bringt wertvolle Vorteile mit sich. Die Entscheidung für eine nachhaltigere Datenspeicherung kann Teil einer umfassenderen Strategie sein, um das Unternehmen fit zu machen für die Zukunft. So gelingt es, die Effizienz des Geschäftsbetriebs zu steigern, den Markenwert zu verbessern, die Anforderungen der Kunden an Nachhaltigkeit zu erfüllen und sogar neue Geschäftsmöglichkeiten zu schaffen.
Über den Autor: Markus Grau ist Principal Technologist-Global Strategy & Solutions bei Pure Storage und mittlerweile, seit seinem Start in 2014, 9,5 Jahren im Unternehmen. Davor war er fast 9 Jahre in verschiedenen Positionen bei NetApp im Einsatz. Zuletzt 6 Jahre als Solutions Architect.
Die Autoren sind für den Inhalt und die Richtigkeit ihrer Beiträge selbst verantwortlich. Die dargelegten Meinungen geben die Ansichten der Autoren wieder.
