Data Center 2024: KI, Energieeffizienz und Kühltechnologien
Um effizient im Jahr 2024 arbeiten zu können, sollten sich Unternehmen mit mehreren Herausforderungen und Trends im Bereich Data Center auseinandersetzen.
Mit dem neuen Jahr kommen auf Unternehmen und die IT-Branche in Deutschland neue Herausforderungen im Bereich Data Center zu, um auch 2024 effizient und gesetzeskonform arbeiten zu können.
Insbesondere das neue Energieeffizienzgesetz wird den Betrieb bereits bestehender Rechenzentren sowie den Bau und die Planung von neuen Rechenzentren nachhaltig beeinflussen.
Aber auch der wachsende KI-Trend verändert die Ansprüche an Rechenzentren und die Leistung, die sie bringen können.
Erfahren Sie mehr über die Herausforderungen, mit denen sich Unternehmen 2024 konfrontiert sehen, und wie renommierte Experten diese einschätzen und bewerten.
Das neue Energieeffizienzgesetz (EnEfG)
Im Oktober 2023 wurde das Gesetzgebungsverfahren des Energieeffizienzgesetzes (EnEfG) abgeschlossen und das Gesetzist im November 2023 in Kraft getreten. Neben den Energieeffizienzzielen, Einspar- und Managementverpflichtungen, sind im EnEfG auch klare Anforderungen für Rechenzentren definiert.
Bis 2030 sollen 80 Prozent des deutschen Stroms aus erneuerbaren Energien bestehen.
Die Anforderungen gelten für Rechenzentren mit einer nicht redundanten Nennanschlussleistung ab 300 kW und sind zeitlich gestaffelt. Sie betreffen nicht nur die Stromverbrauchseffektivität (Power Usage Effectivness, PUE), sondern auch die Nutzung von Abwärme und die Bedarfsdeckung durch Strom aus erneuerbaren Energien. Jedoch wird bisher das Konzept der Abwärmenutzung kaum praktiziert und die Effizienz eines solchen Konzeptes ist auch nur gewährleistet, wenn nicht nur die Rechenzentren, sondern auch die externen Anbieter wie Kommunen oder Versorger für Fernwärme reibungslos miteinander agieren.
Ein Unternehmen, dass die Abwärmenutzung testen will, ist Equinix. Ab 2025 sollen etwa 1.000 Haushalte mit der Abwärme von lokalen Rechenzentren der Firma versorgt werden. Dazu werden die Rechenzentren FR4, FR6 und FR8 an den Wärmeüberträger angeschlossen. Ziel ist weniger Verbrennung fossiler Brennstoffe und geringere CO2-Emissionen.
Die Bedarfsdeckung aus erneuerbaren Energien kann sich allerdings als schwierig für viele Rechenzentren gestalten, da das EnEfG ab Januar 2024 fordert, dass 50 Prozent erneuerbare Energien genutzt werden und ab Januar 2027 sogar volle 100 Prozent. Bis 2030 sollen 80 Prozent des deutschen Stroms aus erneuerbaren Energien bestehen. Aktuell setzt sich der Strommix aus hauptsächlich Windkraft, Kohlekraft, Biomasse, Erdgas, Wasserkraft, Solar und sonstigen erneuerbaren und fossilen Energieträgern zusammen. Seit Mitte April 2023 wird kein Atomstrom mehr produziert. Laut dem NDR und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE schwankt zwar die Zusammensetzung des Strommixes täglich, aber aktuell ist meist mehr als die Hälfte des täglich produzierten Stroms aus erneuerbaren Energien. Die Schwankungen entstehen vor allem durch wechselndes Wetter. Deshalb wird im Sommer mehr Solarenergie produziert, im Winter dafür mehr Windenergie. Um die verpflichtende Nutzung von erneuerbaren Energien gewährleisten zu können, müssen Betreiber von Rechenzentren also mit ihren Anbietern vertragliche Vereinbarungen treffen.
Zusätzlich müssen Rechenzentren sogenannte Energie- oder Umweltmanagementsysteme (EMS/UMS) einrichten. Je nach Größe des Rechenzentrums sind diese EMS/UMS ab dem 1. Januar 2026 auch zu zertifizieren beziehungsweise zu validieren.
Für zukünftige Rechenzentren, die erst nach dem 1. Juli 2026 in Betrieb genommen werden, gilt außerdem ein PUE-Ziel von 1,2. Mithilfe der Energieverbrauchseffektivität (Power Usage Effectiveness, PUE) lässt sich die Energie-Effizienz eines Rechenzentrums darstellen und sie setzt die aufgenommene Energie – also den Gesamtenergieverbrauch – mit der aufgenommenen Energie der Infrastruktur ins Verhältnis.
All diese neuen Vorgaben stellen nicht nur bereits existierende Rechenzentren in Deutschland vor Herausforderungen, sondern auch die, die sich erst im Bau oder sogar noch in der Planungsphase befinden. In solchen Fällen müssen jetzt andere Überlegungen in Betracht gezogen werden.
SysEleven hat einige Vorschläge, die die Energieeffizienz eines Rechenzentrums steigern und so langfristig vor Kosten schützen können. Beispielsweise reduziert die Nutzung von neuerer Hardware und Server den Energieverbrauch. Das Recycling von alter Hardware wirkt sich zwar nicht ultimativ auf das Rechenzentrum selbst aus, aber so werden verbaute Ressourcen zurückgewonnen. Die Nutzung einer Energie-Management-Software zeigt deutlich, an welchen Stellen in einem Rechenzentrum noch Optimierung möglich ist. Auch unterschiedliche Virtualisierungsoptionen können durch die Entlastung der Hardware den Energieverbrauch senken.
Wachsender Bedarf an Rechenleistung
Seit Jahren steigt der Bedarf an Rechenleistung, insbesondere durch die vermehrte Aufrüstung auf Anwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI). Laut Forrester lässt sich vor allem mithilfe der generativen KI die Produktivität von Unternehmen steigern, aber auch im Leben der Kunden wird KI immer präsenter werden. Neben mehr Rechenleistung werden so aber auch bessere Konzepte der Sicherheit und der Datensouveränität benötigt. Die steigende Nachfrage kann aber zukünftige Lieferengpässe der benötigen Hardware wie GPUs und Chips bedeuten. Außerdem ist davon auszugehen, dass sich mit zunehmender Nutzung von künstlicher Intelligenz auch weitere Regulierungen von staatlicher Seite aus ergeben, um beispielsweise Verstöße gegen die DSGVO zu verhindern und zu ahnden.
Ebenso leistungsfordernd ist das High Performance Computing, bei dem die Rechenleistung verbessert wird. Diese Praxis ist für hohe Leistungsabnahmen konzipiert und deswegen besonders interessant für Technologien wie künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen oder IoT (Internet of Things) zu ermöglichen. Das Konzept des Edge Computings verbreitet sich ebenfalls weiter, um Daten so nah wie möglich an ihrem Ursprung verarbeiten zu können und so Wege zu verkürzen.
Zeichen dafür ist das Förderprojekt IPCEI-CIS (Important Projects of Common European Interest – Next Generation Cloud Infrastructure and Services) der Europäischen Kommission, das am 05.12.2023 genehmigt wurde. Ziel ist es, Edge-Computing- und Cloud-Technologien ohne feste Anbieterbindung industriell einzusetzen und Konzepte dafür zu entwickeln. Wichtige Faktoren in diesem Projekt sind die Interoperabilität, Skalierbarkeit, Portabilität, Energieeffizienz und die Cybersicherheit der geplanten Edge-Computing- und Cloud-Integration. Der deutsche Cloud- und Hosting-Anbieter IONOS ist an diesem Projekt beteiligt.
Laut NDC-Garbe werden aufgrund des wachsenden Interesses in allen Bereichen mehr Kapazitäten eingeplant. So reduzieren sich die Risiken von KI und es entstehen mehr Angebote in Deutschland, um die Verantwortlichkeiten im Land zu behalten.
Allerdings fehlen in Deutschland nicht nur die notwendige Rechenleistung und die Energie, um anspruchsvolle Konzepte wie KI, Edge Computing und HPC sinnvoll und gesetzeskonform betreiben zu können, sondern es mangelt auch an anderen Ressourcen wie den benötigten Flächen und Netzkapazitäten. Das erschwert die Planung von neuen Rechenzentren. Insbesondere da es laut Christian Kallenberg zu wenig Markttransparenz gibt und die Kommunikation bezüglich konkreter Bauplätze optimiert werden sollte.
Eine weitere Herausforderung, die 2024 weiter auf die Betreiber von Rechenzentren zukommen wird, ist der anhaltende Fachkräftemangel. So sehen laut Equinix 65 Prozent der befragten Unternehmen im Raum EMEA 2023 (Europa, Naher Osten und Afrika) mangelnde IT-Fachkräfte als Bedrohung für ihren Geschäftserfolg. Deshalb scheuen sich 41 Prozent der deutschen IT-Führungskräfte, neue Technologien in ihrem Unternehmen einzusetzen.
Auch Kubermatic erkennt darin ein Problem, insbesondere da durch die vernachlässigte Ausbildung an Bildungseinrichtungen wie Universitäten, gerade in Bezug auf Container, Unternehmen vermehrt dazu neigen, das nötige Wissen von externen Experten anzufordern. Dadurch können zusätzliche Kosten für Rechenzentren entstehen und die Implementierung neuer oder komplizierter Technologien wie Edge Computing, KI und HPC verlangsamt sich weiter.
Neue Kühltechnologien
Durch den wachsenden Bedarf werden auch in anderen Bereichen Ideen intensiver diskutiert, mit denen sich beispielsweise Baukosten für sowieso neu entstehende Rechenzentren senken lassen würden. Ein Fokus liegt dabei auf anderen Kühlmethoden wie der Immersions- und der Flüssigkeitskühlung. Bei der Immersions- oder auch Tauchkühlung wird Hardware in dielektrische Flüssigkeit getaucht und so abgekühlt.
Vermehrter Einsatz von Immersionskühlung oder Flüssigkeitskühlung hätte die Vorteile, dass sich auf lange Frist die Stromkosten senken lassen und die Abgabe von Abwärme an externe Fernwärmeanbieter einfacher zu gestalten ist. Energie kann man aus Flüssigkeiten ohne größere Verluste entnehmen, da erhitztes Wasser leichter zu transportieren ist als erhitzte Luft.
Bisher sind diese Kühlungsarten noch nicht vorrangig im Einsatz, aber gerade im Hinblick auf die Kostenersparnis und die neuen Regelungen durch das EnEfG geht NDC-GARBE davon aus, dass sich die Flüssigkühlung über kurz oder lang im Vergleich mit anderen Kühlungsmöglichkeiten durchsetzen wird.
SysEleven sieht ebenfalls die Flüssigkeitskühlung als Lösungsansatz, hält aber auch den Einsatz von geothermischer Kühlung oder freier Kühlung, beispielsweise durch die Verwendung von Außenluft, für mögliche Konzepte, da diese nicht nur den Kühlbedarf, sondern als Konsequenz auch den gesamten Energiebedarf des Rechenzentrums reduzieren.
