Nachhaltige ComputernutzungFiltern der Grünfärberei

Dave Ohara

Inhalt

Der Bedarf an Zahlen
Messen des Energieverbrauchs
Leistungsfaktor
Messen in der Produktion
Das Microsoft Enterprise Engineering Center
Zusammenfassung

Es gibt eine überwältigende Anzahl von Produkten und Lösungen, die als grün, energiesparend und effizienter vermarktet werden. Dieser Marketingschwindel führt zu Verwirrung auf dem Markt hinsichtlich der Frage, was tatsächlich umweltfreundlich ist. Selbst nach Untersuchung der Spezifikationen verschiedener Produkte ist es für einen IT-Experten schwierig, wenn nicht unmöglich, zu

bestimmen, welche Geräte verwendet werden sollen, wenn die Auswirkung auf die Umwelt ein wesentlicher Faktor ist. Bei allen Vorführungen werden immer umfangreiche Energieeinsparungen hervorgehoben, was Sie zu der Annahme verleitet, dass die Rendite die Aktualisierung eher rechtfertigt. Schließlich sollten die Energieeinsparungen die Gesamtkosten verringern.

Die Strategie zahlreicher Unternehmen, nahezu alles als umweltfreundlich zu kennzeichnen und das aktuelle Interesse an grünen Lösungen auszunutzen, führte zum Konzept der „Grünfärberei“, das sich auf das übertriebene Versprechen von Umweltvorteilen bezieht. Wie sehen mit den Energieeinsparungen also in Wirklichkeit aus? Dies ist nicht so eindeutig wie beispielsweise die Installation neuer energieeffizienter Glühbirnen in Ihrem Haus.

Während das Interesse an nachhaltigen IT-Lösungen ansteigt und der Markt für umweltfreundliche IT-Geräte sich ausweitet, treffen zahlreiche Personen und Unternehmen zu die voreilige Entscheidung, energieeffiziente Laptops, Desktops und Server bereitzustellen und Virtualisierung zur Verringerung des Energieverbrauchs einzusetzen. Es gibt jedoch wenige Unternehmen, die Energieüberprüfungen durchführen, um die tatsächlichen Vorteile der erworbenen Geräte zu bestimmen.

Obgleich das ideale Szenario darin besteht, Messungen in Ihrer Produktionsumgebung durchzuführen, kann dies auch kostspielig sein. Wenn Sie noch nicht soweit sind, Messungen in der Produktion durchzuführen, können Sie Ihre Energieüberprüfungen dennoch einfach zu einem früheren Zeitpunkt im Prozess durchführen, und zwar in Ihren Leistungs- und Evaluierungstestumgebungen. (Die meisten Unternehmen verfügen über eine Testumgebung oder Gruppe, die für das Testen und Evaluieren von Geräten vor einem Erwerb verantwortlich ist.) Hier können Sie Energieleistung als eines Ihrer Testkriterien hinzufügen und diese Ergebnisse daraufhin beim Treffen von Kaufentscheidungen mit einbeziehen, statt sich auf die von den Herstellern genannten Zahlen zu verlassen. Erstellen Sie also für das Testen Ihre eigene Datenbank zum Energieverbrauch von Geräten. Dann können Sie die Grünfärberei ignorieren und selbst entscheiden, was funktioniert.

Natürlich sollte ich darauf hinweisen, dass, wenn Sie präzise Zahlen für den Betrieb unter Ihrer echten Last wünschen, Sie Ihre Produktionsumgebung überwachen müssen. Je schneller Sie mit der Überwachung Ihrer Produktionsumgebung beginnen, desto besser ist dies für Ihr Unternehmen und Ihren Nettoprofit. Dieser Prozess ist für Ihren langfristigen Erfolg ausschlaggebend.

Der Bedarf an Zahlen

In einer idealen Situation gäbe es unabhängige Tests, die die Leistung der Hardwaregeräte pro Watt unter realistischen Benutzerlasten evaluieren. Die Branche befindet sich aber erst in der Anfangsphase der Entwicklung und Bereitstellung solcher Tests. Die, die bereits jetzt verfügbar sind, wie z. B. der SPEC Power Benchmark, stecken noch in den Kinderschuhen. Wie gut diese Energietests funktionieren werden, wenn sie fertig entwickelt sind, bleibt abzuwarten. Aber wie bei jedem Test werden die Hersteller lernen, wie Sie Ihre Geräte für optimale Testergebnisse modifizieren können.

Erfahrene IT-Experten haben gelernt, von Testumgebungen durchgeführte Tests in Frage zu stellen. Ebenso wie Autohersteller sicherstellen, dass sie ihre besten Autos für Fahrtests verwenden, werden IT-Anbieter darauf achten, ihre effizientesten Gerätekonfigurationen Energietests zu unterziehen.

Erwägen Sie die Verwendung von Virtualisierungstests zum Vergleich einer Gruppe übermäßig bereitgestellter Server, für die keine Serverkonsolidierung zur Demonstration der Vorteile einer Virtualisierung ausgeführt wurde. Anbieter schweigen sich häufig über Probleme wie potentielle Rückschlageffekte in Energieeinsparungsprojekten wie Virtualisierung aus. Dies trifft meist dann zu, wenn die Energieeffizienz Kosten verringert und die Nachfrage in Antwort darauf steigt, was den Energieverbrauch und die Verwendung erhöht. Wenn Sie also auf eine Lösung wie die Virtualisierung treffen, die als Allheilmittel für Energieeinsparungen vermarktet wird, sollten Sie skeptisch sein. Sie müssen wirklich abwarten, wie alles zusammen funktioniert und welche Auswirkungen sich mit der Zeit einstellen werden.

Wie bringen Sie Ihr Unternehmen also auf den richtigen Weg? Es gibt jede Menge Berater, die sich Bewertungen teuer bezahlen lassen. Diese Lösung hat jedoch einige Nachteile. Möchten Sie das Fachwissen für Effizienz tatsächlich an jemanden außerhalb des Unternehmens weitergeben? Möchten Sie sich auf einen Berater verlassen, der einen Langzeitvertrag aufrechterhalten und eine Abhängigkeit von seinem Service erreichen möchte?

Sie könnten hieraus ein riesiges Projekt machen und Dutzende Mitarbeiter an der Bestimmung Ihrer Strategie für eine Umweltverträglichkeit beteiligen. Widerstehen Sie der Versuchung, einfach eine Stelle in Ihrer Umgebung auszuwählen und mit der Messung zu beginnen. Während die Absicht richtig ist, macht die Methode keinen Sinn, da es sich um einen willkürlichen Vorgang handelt. Sie müssen herausfinden, wo der Energieverbrauch bei Ihnen tatsächlich liegt und wo Sie wirklich etwas erreichten können.

Messen des Energieverbrauchs

Sie müssen auf neue Art darüber nachdenken, was funktioniert. IT-Experten wissen, wann eine Hardware nicht funktioniert, z. B. wenn ein Dienst versagt. Was aber, wenn eine Hardware nicht ordnungsgemäß in Bezug auf Energieverbrauch funktioniert? Dies geht wahrscheinlich unter, da die meisten Unternehmen über keine Daten verfügen, um ihre Grundenergieeffizienz zu bestimmen.

Wie kommen Sie an diese Zahlen? Von einigen wird ein Energieguru empfohlen. Das muss jedoch jemand sein, der sich mit der Unternehmensstruktur und mit Energiefragen auskennt. Eine einfachere, leichter umzusetzende Methode ist das Hinzufügen von Tools zur Messung von Energie zu vorhandenen Funktionen in Leistungstestumgebungen.

Es gibt eine Reihe von Geräten zur Messung von Energie. Derzeit gibt es leider kein perfektes Gerät für eine IT-Leistungstestumgebung. Auf niedriger Stufe wird in den USA z. B. ein „Watts Up Pro“ verwendet. Dies ist ein USB-Gerät, das Inlineenergiemessung für 120 V durchführt. Ein weiteres Gerät ist das „Smart-Watt“, ein für Netzwerke geeignetes Energieverbrauchsgerät mit 100–240 V Spannung und einem Bereich von 15–30 Amp. Smart-Watt-Geräte sind auch mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren zur Messung von Umgebungsfaktoren erhältlich. Dann gibt es noch die industriellen Energieanalysegeräte, wie den „Extech Appliance Tester 380801“ und „Fluke 345 Power Clamp“. Sie sollten Geräte wie diese problemlos finden können, um die Testanforderungen in Ihren Testumgebungen zu erfüllen.

Leistungsfaktor

Wenn der Bereich der Energiemessung für Sie neu ist, ist es wichtig, dass Sie das Leistungsfaktorkonzept verstehen. Der Leistungsfaktor eines elektrischen Wechselstromsystems ist als Verhältnis der echten Leistung zur scheinbaren Leistung und wird als Zahl zwischen 0 und 1 dargestellt. Echte Leistung (Watt) ist die Kapazität für den Stromkreis zur Arbeitsdurchführung. Die scheinbare Leistung (VA) ist das Produkt aus Strom und Spannung im Stromkreis.

Wahrscheinlich fragen Sie sich, wozu dies wichtig ist. Sehen Sie sich Abbildung 1 an. Das Bild zeigt ein die Energie überwachendes Gerät von Smart Works, das verwendet wird, um die Energieeffizienz eines Laptops, einer Glühbirne und eines Kondensators zu vergleichen. Eine Glühbirne hat eine 50-Watt-Last und 50 VA für einen Leistungsfaktor von 1,0. Ein Kondensator mit einer rein kapazitiven Last verbraucht eine 2-Watt-Last und 193 VA für einen Leistungsfaktor von 0,01. Der Laptop verwendet 22 Watt Energie, hat jedoch einen VA-Wert von 48 für einen Leistungsfaktor von 0,47. Der niedrige Leistungsfaktor des Laptops ist auf ein ineffizientes Netzteildesign zurückzuführen und war wahrscheinlich das Ergebnis von Herstellungskostenzielen.

Abbildung 1 Energieverbrauch für einen Laptop, eine Glühbirne und einen Kondensator (zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Bei so viel Interesse an Energieeffizienz sind Anbieter nun daran interessiert, die Leistung von Netzteilen unter erwarteten Bedingungen zu verbessern. Wenn Sie den Leistungsfaktor von vorhandenen Geräten mit dem von neuen Geräten vergleichen, stellen Sie möglicherweise fest, dass Sie ein wenig Energiekapazität leicht durch effizientere Netzteile und höhere Leistungsfaktoren zurückgewinnen können.

Messen in der Produktion

Das Ziel des Messens von Ergebnissen in der Leistungstestumgebung soll die Leistung in der Produktionsumgebung vorhersagen helfen. Das Problem mit dem Messen von Energieverbrauch in der Produktion sind die Kosten, die mit dem Durchführen von Messungen für alle Geräte verbunden sind. Eine Strategie zum Verringern der Kosten für das Messen des Energieverbrauchs in der Produktion ist jedoch das Messen an der Stromverteilereinheit (power distribution unit, PDU) sowie die Sammlung von mehreren Gerätemessungen. Abbildung 2 zeigt eine Beispielenergiemessung von einem PDU mit mehreren Teilen desselben Geräts in einer Einheit. Weil der durchschnittliche Energieverbrauch pro Server berechnet werden kann, bietet Ihnen diese Art der Messung Energieverbrauchszahlen in der Produktion.

Abbildung 2 Messen an der Stromverteilereinheit (zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Bei der Messung jedes Geräts sollte die Energieinformation in Ihre Konfigurationsverwaltungsdatenbank integriert werden. Wenn dies zu schwierig ist, können Sie Ihre eigene Datenbank oder zumindest eine Excel®-Tabelle erstellen, die Geräte und ihren Energieverbrauch auflistet. Wenn Sie damit beginnen, mehr Geräte zu sammeln, können Sie Schätzungen für andere eintragen, um eine Berechnung Gesamtenergiekapazität durchzuführen. Bedenken Sie, dass ein neuer energieeffizienter Server mehr als die Hälfte seiner Energielast im Leerlauf verglichen mit Spitzenzeiten verbraucht. Wenn Sie über alte Server verfügen, die veraltete Lösungen ausführen, verbrauchen die alten Server eine erhebliche Menge an Energie, selbst im Leerlauf. Dies ist einer der einfachsten Wege, Energiekapazität zurückzugewinnen.

Wenn Sie Ihre Verbesserungsanstrengungen fortsetzen möchten, ist der nächste Schritt die Berechnung der Energie pro Rack, das in Ihrem Datencenter verwendet wird. Sie müssen außerdem Ihre Energie- und Kühlungskapazitäten kennen, bevor Sie die Umgebung ändern. Mit der Zeit werden Sie Ihre Geräte in Bezug auf ihre Energieanforderungen und nicht nur den Platz, den sie beanspruchen, sehen. Platz ist ein einfaches Konzept. Es ist statisch und sichtbar. IT-Experten können bereitwillig zu 1U-, 2U- und 4U-Servern Auskunft geben, aber wenn Sie das Gespräch auf 200-Watt-Server im Vergleich zu 450-Watt-Servern bringen, werden Sie feststellen, dass dieselben IT-Experten auf diesem Gebiet nicht ganz so sicher sind. Dies ist eine neue Sprache für IT-Ausrüstung und ist heutzutage in Datencentern von großer Bedeutung. Viele verfügen über ausreichend Platz für mehr Geräte, auch wenn sie ihre maximalen Energiekapazitäten ausgeschöpft haben.

Das Microsoft Enterprise Engineering Center

Das Microsoft Enterprise Engineering Center (EEC) fügte seiner Einrichtung vor kurzem Funktionen zur Energiemessung hinzu. Das EEC (microsoft.com/windowsserver/evaluation/eec/default.mspx), das sich in der Microsoft-Unternehmenszentrale in Redmond (Washington) befindet, ist eine hochmoderne Testumgebung für die komplexesten Computerumgebungen.

Mit Hardware- und Netzwerkgeräten (siehe Abbildung 3), die mehr als 40 Millionen Dollar wert sind, kann das EEC die kompliziertesten Unternehmensproduktionsumgebungen nachbilden. Die Gruppe ist mit zahlreichen Netzwerk-, Speicher- und Client-/Server-Lösungsanbietern assoziiert, um eine Mischung aus neuesten Technologien und Legacyplattformen anzubieten. Das Ziel besteht darin sicherzustellen, dass jeder Test die aktuelle Umgebung des Kunden genau widerspiegelt. Der neueste Dienst, der in der Einrichtung entwickelt wird, ist die Berichterstattung über den Energieverbrauch von Lösungen, um einen Bezugswert für die Leistung pro Watt bereitzustellen.

Abbildung 3 Eine der vielen Zeilen in der EEC-Testumgebung (zum Vergrößern auf das Bild klicken)

In den vergangenen Jahren hat das EEC zahlreiche Datencenteroperatoren erlebt, die nicht mehr genügend Energie und Kühlung für Ihre Geräte hatten. Hochmoderne Geräte werden häufig mit höheren Energiedichten geliefert, was die Einrichtungen stärker belastet. Die EEC-Mitarbeiter wissen aus eigener Erfahrung, was es kostet und wie viel Zeit es erfordert, die Energie- und Kühlungsinfrastruktur zu aktualisieren. Um also effizienter zu arbeiten und kostengünstiger zu sein, hat das EEC die Fähigkeit hinzugefügt, die Energie pro Gerät zu messen.

Einige der vom EEC verwendeten Tools und Geräte waren nicht lieferbar, als dieser Artikel geschrieben wurde. Da es sich hierbei um eine neue Lösung handelt, wird das EEC weiterhin daran arbeiten, bessere Techniken zu entwickeln, in Zusammenarbeit mit Kunden, Anbietern, und Microsoft-Entwicklungsteams. Das EEC gibt die Methoden, die es bisher entwickelt hat, direkt an seine Kunden weiter, um Feedback zu bekommen und den Kunden die Erstellung ihrer eigenen Bezugswerte zu ermöglichen.

Denken Sie aber nicht, dass die Ergebnisse offensichtlich sein werden. Das EEC hat einige der interessanten Ergebnisse der Gruppe bei der Verwendung von Energieüberwachungsfeatures in den EEC-Leistungstestumgebungen weitergegeben:

1. 1. Das Ausschalten eines Geräts verringert den Energieverbrauch nicht notwendigerweise um die erwartete Menge (siehe Abbildung 4). In einem Fall, in dem es um Serverhardware ging, fand das EEC ein Gerät, das im ausgeschalteten Zustand tatsächlich 100 Watt verbrauchte, während es noch angeschlossen war. Dies hat viele überrascht, und das EEC hat das Setup wiederholt untersucht. Sie verwendeten schließlich ein Infrarotthermometer, um Einlass- und Auslasstemperaturen zu messen, und bestätigten, dass das Gerät tatsächlich 100 Watt im ausgeschalteten Zustand verbrauchte.
2. Software kann erhebliche Auswirkungen auf den Energieerbrauch haben. Auf identischen Netzwerkschaltern mit identischer Hardware und BIOS-Konfigurationen, auf denen unterschiedliche Netzwerksoftware ausgeführt wurde, zeigten sich 21 % Unterschied in Bezug auf den Energieverbrauch. High-End-Lösungen mit mehreren deaktivierten Prozessen und Features, wie Sicherheits- und Überwachungstools, verbrauchen häufig mehr als ihre einfacheren Low-End-Gegenstücke.
3. In Virtualisierungsszenarios hat das EEC den Energieverbrauch im Vergleich mit E/A-Nutzung und CPU-Auslastung gemessen, um zu bestimmen, wann eine bestimmte Hardware ihre Leistung pro Watt maximiert. Das EEC stellte fest, dass eine zu starke Konzentration auf CPU-Auslastung zu zu vielen virtuellen Maschinen, die auf einen physischen Computer geladen sind, führen kann, die die tatsächliche Gesamtleistung pro Watt herabsetzen können.
4. Geräte mit einer höheren Dichte haben wie zu erwarten mehr Energie- und Kühlungsprobleme. Bei der Bereitstellung von Systemen mit höherer Dichte sollten die Mitarbeiter für Energie- und Kühleinrichtungen so früh wie möglich zu Rat gezogen werden. Diese Geräte könnten sich gut eignen für ihre eigenen Energieüberwachungsgeräte in der Produktion, wenn Sie wissen, dass die Umgebung Leistungsbeschränkungen haben wird.
5. Doppelte Netzteile können erheblich mehr Energie verbrauchen als ein einzelnes Netzteil.
6. Scheinbar identische Hardwaregeräte mit identischen Konfigurationen können einen sehr unterschiedlichen Energieverbrauch aufweisen. Die beobachteten Unterschiede waren so bedeutend, dass die EEC-Mitarbeiter die Hardware zweifach überprüft haben, um sicherzustellen, dass sie wirklich gleich konfiguriert war.
7. Bei den Wattbewertungen auf dem Produktschild handelt es sich nicht um tatsächliche Verbrauchszahlen, sondern um die Nennbelastbarkeit von Netzteilen.
8. Die Verwaltung einer Datenbank mit Energieverbrauchstests und Ergebnissen pro Gerät und Unterkomponente ist entscheidend für die Bewahrung von Kenntnissen und den Vergleich von Daten.
9. Unterschiedliche Konfigurationen mit unterschiedlicher Größe des Arbeitsspeichers verbrauchen unterschiedliche Energiemengen. Weniger DIMMs verbrauchen normalerweise weniger Energie – z. B. 4 x 2 GB-DIMMs im Vergleich mit 8 x 1 GB-DIMMs. Es gibt aber einige Fälle, in denen weniger DIMMS mehr Energie verbrauchen.

Abbildung 4 Vergleich des Energieverbrauchs im eingeschalteten und im ausgeschalteten Zustand (zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Zusammenfassung

Durch Hinzufügen der Fähigkeit, den Energieverbrauch in Ihren Leistungstestumgebungen zu messen, können Sie damit beginnen, Ihre eigene Datenbank über den Energieverbrauch pro Gerät mit genauen Zahlen für Ihre tatsächlichen Lasten zu füllen. Bei der Bereitstellung dieser Lösungen sollten Sie die Ergebnisse in einer geschlossenen Feedbackschleife bereitstellen, um die Genauigkeit Ihrer Tests in Leistungstestumgebungen zu bestimmen. Wie das EEC bei der Ausführung seiner eigenen Messungstests herausgefunden hat, gibt es einige wirklich interessante Details, nach denen Sie Ausschau halten können, um Hilfe bei der Filterung der Grünfärberei zu erhalten und die Wahrheit herauszufinden.

Diese Methode der Messung in Leistungstestumgebungen wird einen Einfluss auf den Markt insgesamt haben, um damit zu beginnen herauszufinden, was tatsächlich am energieeffizientesten ist. Mit der Zeit werden Hersteller nicht mehr darum herumkommen, ihre Behauptungen bezüglich Energieeinsparungen mit genaueren Daten zu belegen. Ebenso werden IT-Experten mit der Zeit von Watt pro Gerät als alltägliche Erwerbskriterien sprechen. Dies muss zum allgemeinen Brauch werden, insbesondere für Unternehmen, die große Mengen an Servern kaufen. Sie können bereits heute damit beginnen, über Energie als eine Ihrer wertvollsten IT-Ressourcen nachzudenken.

Kühlung im Datencenter

Kühlung im Datencenter bietet weitgreifende Möglichkeiten für eine Verringerung des Energieverbrauchs. Es ist erstaunlich, wie viel Hitze in einem Datencenter entsteht und wie viel Energie eingesetzt wird, um die Hardware kühl zu halten. Wenn Sie Ihre Kühlung aber erfolgreich einsetzen, Probleme beheben und effizientere Kühllösungen entwickeln möchten, benötigen Sie eine Temperaturüberwachungslösung. Ziehen Sie die Lösung in Betracht, die Microsoft-Datencenter verwenden.

Microsoft Research hat ein Temperatursensornetzwerk für die Datencenter geschaffen, das eine verbesserte Temperaturregulierung und die Evaluierung verschiedener Kühlungsverbesserungen ermöglicht. Ein Microsoft-Datencenter hat z. B. die Verwendung von Luftschleiern am Ende des Gangs untersucht, durch die die Trennung von heißer und kalter Luft verbessert werden soll. Nachdem die Luftschleier installiert waren, begannen einige Server damit, Überhitzungsalarme zu senden. Die Betriebstechniker haben natürlich den Gebläsewind des Kühlsystems erhöht, um mehr kühle Luft in Umlauf zu bringen. Zu ihrer Überraschung sendeten jedoch noch mehr Server Überhitzungsalarme. Alle diese Server befanden sich im unteren Rack – der untere Bereich ist natürlich in der Regel der kühlste Bereich eines Hochflurkühlsystems.

Mithilfe des Sensornetzwerks bestätigten die Techniker, dass die Racks weiter oben kühler waren, und der untere Bereich des Racks am wärmsten. Sie stellten relativ bald fest, dass heiße Luft aus dem heißen Gang zwischen dem unteren Bereich des Racks und dem Fußboden abgezogen wurde – ein Ergebnis des Bernoulli-Prinzips. Sie konnten das Überhitzen schnell durch Abdichten des unteren Bereichs des Racks und Verringerung der Gebläsewindgeschwindigkeit beheben.

Dies ist genau die Art von Daten, die das Microsoft Enterprise Engineering Center bei der Durchführung von Leistungstests sammelt und analysiert. Das EEC setzte vor kurzem Microsoft Research davon in Kenntnis, dass sie für einen Bereitstellungstest bereit seien. Innerhalb eines Tags wurde das System bei 10 Racks bereitgestellt, und die Installation war in nur einer Stunde abgeschlossen. Das EEC ist nun in der Lage, Kühlprobleme und deren Beziehung zur Hardwareleistung zu untersuchen und besser zu verstehen.

Natürlich ist die einfache Überwachung keine Lösung an sich. Der Schlüssel liegt darin, Problembereiche zu finden, die Sie lösen können, Änderungen durchzuführen und unterschiedliche Lösungen zu evaluieren, um zu sehen, ob sie zum erwarteten Ergebnis führen. Schließlich wollen Sie nicht böse überrascht werden, wenn Ihre neue Kühllösung unerwartet ein Überhitzen Ihrer Racks verursacht.

Dave Ohara verfügt über 26 Jahre Erfahrung im Technologiebereich. Er arbeitet nun mit mehreren Unternehmen an der Implementierung grüner Initiativen.

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