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Brachliegende Potentiale ausschöpfen – Energieeffizienz in Rechenzentren

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Präsentation Adrian Altenburger, Professor für Gebäudetechnik und Energie, Hochschule Luzern – Technik & Architektur, Konferenz «Mehr Effizienz in Rechenzentren und Serverräumen» 25. September 2018, BERNEXPO, Bern

Published in: Technology
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Brachliegende Potentiale ausschöpfen – Energieeffizienz in Rechenzentren

  1. 1. Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE Prof. Adrian Altenburger Instituts- und Studiengangleitung adrian.altenburger@hslu.ch Bern 19.09.2018 Brachliegende Potenziale ausschöpfen – Energieeffizienz in Rechenzentren Konferenz «Mehr Effizienz in Rechenzentren und Serverräumen»
  2. 2. Folie AGENDA - Ausgangslage - Relevanz - Effizienzsteigerung IT – Fokus Virtualisierung - Effizienzsteigerung Infrastruktur – Fokus Kühlung 2, 19.09.2018
  3. 3. Folie Ausgangslage – Global 3, 19.09.2018 Weltbevölkerung in Mrd./ Lebenserwartung in Jahren 1960: 3 50 2018: 7.5 70 2050: 9 76 2100: 11 ? Quelle: HSLU – SWKI Forum 2018 / Georges T. Roos Referat Megatrends / UN Report 2017
  4. 4. Folie Ausgangslage – Global 4, 19.09.2018 Quelle: HSLU – SWKI Forum 2018 / Georges T. Roos Referat Megatrends / WEF 2017 – Gartner Report Das World Economic Forum prognostiziert, dass 10% der Wertschöpfung künftig über Blockchain abgewickelt wird.
  5. 5. Folie Ausgangslage – Schweiz 5, 19.09.2018 Die Energiestrategie 2050 hat mit Bezug auf Rechenzentren zwei massgebende Pfeiler: Erneuerbare Energien und Effizienz
  6. 6. Folie Relevanz Global 6, 19.09.2018 Quelle:Stanford University’s Steyer-Taylor Center for Energy Policy & Finance / opneflights.org 2016 Relevanz Global – CO2-Ausstoss RZ wie Flugverkehr
  7. 7. Folie Relevanz Schweiz 7, 19.09.2018 Die Gesamtfläche aller Rechenzentren in der Schweiz mit 11 oder mehr Servern beträgt 235'000m2. Damit liegt die Schweiz im europäischen Vergleich auf Rang sechs. In der Schweiz sind 1300 firmeninterne Rechenzentren in Betrieb, wobei 80% in Grossunternehmen stehen. Bei den mittleren Unternehmen mit 50-250 Vollzeitangestellten haben lediglich 4% der Unternehmen ein eigenes Rechenzentrum. Rund 150'000m2 Rechenzentrumsfläche werden von Drittanbietern zur Verfügung gestellt. Damit liegt die Schweiz bei der Rechenzentren-Dichte auf Rang zwei hinter Irland . Den externen Anbietern kommt damit eine wesentliche volkswirtschaftliche Bedeutung bei der Versorgung der kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zu. Quelle BFE/asut Studie 2014: https://www.newsd.admin.ch/newsd/message/attachments/36250.pdf Relevanz Schweiz – Rang 2 in Europa (RZ-Dichte CoLo)
  8. 8. Folie Potenziale - Typischer Energiefluss in Rechenzentren – 96% Verluste 8, 19.09.2018 Quelle BFE Studie 2015: https://www.newsd.admin.ch/newsd/message/attachments/40638.pdf
  9. 9. Folie Effizienzsteigerung IT – Fokus Virtualisierung (Serverauslastung) 9, 19.09.2018 Quelle: BFE Studie 2015 / IBM 40.38% 28.47% 20.84% 10.32% Server Netzwerk Storage Backup Quelle: BFE Studie 2015 / In&Out Typische Serverauslastung in RZ Typische Energieanteile IT in RZ
  10. 10. Folie Effizienzsteigerung IT – Virtualisierung (Leistungsaufnahme in Abhängigkeit Auslastung) 10, 19.09.2018 Quelle: BFE Studie 2015 / IBM
  11. 11. Folie Effizienzsteigerung IT – Virtualisierung (Lebenszykluskostenvergleich) 11, 19.09.2018 Zweck Virt./Konsol. IBM P7+ [CHF] Konventionell x86 Intel [CHF] Hardware inkl.3 Jahre Wartung 1'270'428 315'617 Software inkl.3 Jahre Wartung 1'809'571 4'454'937 Stromkosten 3 Jahre 45'515 73'604 LAN/SAN 3 Jahre 24'000 174'000 Personalkosten 3 Jahre 660'000 1'320'000 SUMME 3'809'515 6'338'158 Relativ zu IBM P7+ +66% Quelle: BFE Studie 2015, Kostenvergleich des Stromverbrauchs, TCO 3 Jahre Rechen- zentrum Server zuvor Server virtualisiert Reduktion der Netzwerk- anschlüsse Server Energie- reduktion Bank D 61 Server 345.6 kW 1 Server 14.7 kW 93% 96% Bank CH 157 Server 332 kW 2 Server 45.4 kW 89% 86% Detailhandel 250 Server 150 kW 2 Server 22.6 kW 95% 85% Bank USA 45 Server 1 Server 92% 75% Versicherung 4 Server 1 Server 50% 60% Vergleich der Energieeinsparung durch virtualisierte Servern (Quelle: IBM)
  12. 12. Folie Effizienzsteigerung Infrastruktur – Power Usage Effectiveness (PUE) mit Fokus Kühlung 12, 19.09.2018 Quelle: RMI DataCenter Charrette 2003, San Jose, CA / USA Quelle: Emerson Network Power, 2013
  13. 13. Folie ASHRAE Standard setzt Voraussetzungen mit Committment IT-Industrie 13, 19.09.2018 Bild: RMI DataCenter Charrette 2003, USA Empfohlene Luftein- trittstemperatur am IT-Equipment = 27°C
  14. 14. Folie Klimatische Rahmenbedingungen Schweiz 14, 19.09.2018 Rackzuluft 27°C (ASHRAE 2008) Adiabat gekühlte Aussenluft 22°C dT > 5K
  15. 15. Folie Thermodynamische Folgerung & bauliche Konsequenz – 100% Freecooling / Einhausung 15, 19.09.2018
  16. 16. Folie Referenz Umbau HSLU Enterprise Lab Horw – 100% Freecooling (PUE = 1.09) 16, 19.09.2018 5 Jahre Betriebserfahrung und Monitoring: In 5 Jahren 110’000 CHF Stromkosten eingespart.
  17. 17. Folie Referenz Neubau ÖKK Hauptsitz Landquart – 100% Freecooling (PUE < 1.2), TABS-Heizung 17, 19.09.2018 Win-Win-Resultat: Energie = ca. -15'000 CHF/a* Investition = ca. -250'000 CHF * mit 15 Rp./kWhe PUE < 1.2 Anteil Eek = 4% PUE < 1.3 Anteil Eek = 14%
  18. 18. Folie Referenz ETH Lugano CSDS – 100% Seewasserkühlung & Abwärmenutzung Gemeinde (WP) 18, 19.09.2018 Quelle: CSCS / ETH, November 2017
  19. 19. Folie Weitere Potenziale – CPU-Kühlung und direkte Heizwärmenutzung (Pilot ETHZ, PUE = 1.15) 19, 19.09.2018 Quelle: ETHZ / IBM / A+W, 2010
  20. 20. Folie Weitere Potenziale – Tauchsiedekühlung mit direkter Abwärmenutzung (PUE = 1.08) 20, 19.09.2018 IT-Komponenten in Flüssigkeit mit 61°C Siedetemperatur Bilder HSLU Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE, RZ Lab 3M Attinghausen (2018)
  21. 21. Folie Fazit - Rechenzentren als System – disziplinäre Exzellenz und interdisziplinäres Verständnis notwendig - Servervirtualisierung als treibender Parameter für die Gesamteffizienz (>90% bessere IT-Effizienz) - PUE < 1.2 als Standard ohne Mehrinvestitionen möglich (>75% bessere Infrastruktureffizienz) - HSLU forscht mit dem eigenen RZ Enterprise Lab (weitergehende F&E – Partner willkommen) 21, 19.09.2018
  22. 22. Folie 22, 19.09.2018 Infos & Anmeldung: www.gebaeudetechnik-kongress.ch

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