Green IT ist die Frage, wie viel Strom und Ressourcen IT tatsächlich verbraucht – und wo sich das ohne Funktionsverlust deutlich senken lässt. Der wirtschaftliche und der ökologische Nutzen sind in den meisten Fällen identisch.

Wo der Strom hingeht

Verteilung im Rechenzentrum (typisch):
  Kuehlung und Klimatisierung  30-45 %
  Server (Rechenleistung)      30-40 %
  Netzwerk (Switches)           5-10 %
  Speicher                      5-10 %
  Verluste (USV, Verteilung)    5-10 %

PUE (Power Usage Effectiveness):
  PUE = gesamter Verbrauch / Verbrauch der IT
  PUE 2,0  -> fuer 1 kW IT werden 2 kW verbraucht
              (die Haelfte geht in Kuehlung/Verluste)
  PUE 1,5  -> gut
  PUE 1,2  -> sehr gut (Kuehlluft aus der Umgebung)
  # WICHTIG zuerst messen! Viele wissen ihren PUE
  # nicht - und vermuten ihn zu niedrig.

Bei Servern:
  im Leerlauf (idle)    40-60 % des Spitzenverbrauchs
  # Das ist der wichtigste Satz in diesem Artikel:
  # Ein Server, der nichts tut, verbraucht immer noch
  # die Haelfte. Ein leerer Server ist nicht kostenlos.

Beispiel: 10 Server im Leerlauf
  10 x 150 W x 8.760 h = 13.140 kWh/Jahr
  Bei 0,30 EUR/kWh -> 3.942 EUR/Jahr
  # Fuer Server, die nichts tun. Plus Kuehlung
  # (Faktor 1,5): etwa 5.900 EUR/Jahr.
  # Konsolidiert man 10 auf 3, spart man etwa
  # 4.100 EUR/Jahr - ohne Leistungsverlust,
  # weil 3 Server mehr koennen als 10 im Leerlauf.

Die wirksamsten Maßnahmen

1) KONSOLIDIEREN (Ersparnis 30-60 %)
   Weniger, besser ausgelastete Server.
   Virtualisierung hat genau das zum Ziel.
   # Hemmnis: Abteilungsdenken ("mein Server").
   # Gegenmittel: Verbrauch je Abteilung sichtbar machen.
   # Wer die Zahl sieht, konsolidiert freiwillig.

2) AUSLASTUNG MESSEN UND ERHOEHEN
   # Viele Server laufen bei 5-15 % Auslastung.
   # Mit Containern steigt die Dichte deutlich.
   # Ziel: 50-70 % Auslastung als Richtwert.
   # Zu hohe Auslastung ist ebenfalls schlecht
   # (keine Reserve fuer Spitzen) - daher nicht bis 95 %.

3) ABSCHALTEN, WAS NICHT GEBRAUCHT WIRD
   # Der billigste Strom ist der, der nicht verbraucht wird.
   - Ungenutzte Systeme (Inventar!)
   - Testsysteme ausserhalb der Arbeitszeit
   - Kopien, die niemand kennt
   # Ohne Inventar findet man diese Systeme nicht.
   # Zeitschaltungen und automatisches Abschalten.

4) LEISTUNGSMANAGEMENT NUTZEN
   # CPU-Governor ist der einfachste Hebel:
   cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
   # powersave oder schedutil statt performance
   # Bringt 15-30 % bei Servern mit niedriger Last.
   # Standard in der Distribution ist oft schon
   # schedutil - trotzdem pruefen!

   # Moderne Prozessoren mit C-States:
   # Im Leerlauf in tiefen Schlafzustand gehen lassen
   # (meist Standard, aber zu pruefen, wenn
   #  BIOS-Einstellungen "Performance" erzwingen)

5) SPEICHER-TIERING
   # NVMe fuer heisse Daten, SSD fuer warme,
   # Festplatten fuer kalte/Archive
   # Der grosse Energieverbraucher ist nicht der
   # Speicher selbst, sondern der Server drumherum.
   # Also: weniger, groessere Platten statt
   # vielen kleinen.

6) KUEFLUNG OPTIMIEREN
   # Kaltgang/Warmgang-Trennung (die wichtigste Massnahme)
   # Temperatur hoeher fahren (27 Grad Kaltgang
   # statt 20 Grad spart deutlich!)
   # Freie Kuehlung nutzen (Aussenluft)
   # Regelmaessig pruefen, ob die Tueren im
   # Kaltgang noch geoeffnet sind
   # Pruefen, ob die Kuehlung gegen die eigene
   # Abwaerme arbeitet (unter den Servern im Warmgang
   # sollte es warm sein!)

7) NETZWERK
   # Bei Verbrauch im Rechenzentrum: Wer braucht 10 GbE?
   # Ein 48-Port-10G-Switch kann 400-600 W verbrauchen.
   # Ports, die niemand nutzt, abschalten (oder
   # Energy-Efficient Ethernet nutzen).

8) SOFTWARE-SEITIGE MASSNAHMEN
   # Diese Punkte gehoeren ZUERST in die Pruefliste von
   # Anwendungen - sie sind billiger als Hardware:
   - Geeignete Algorithmen (Datenbankabfragen!)
     # Eine schlechte Abfrage kann einen Server
     # dauerhaft mit 100 % auslasten. Das ist
     # ein Energieproblem und ein Leistungsproblem.
   - Zwischenspeicher (Anwendung, Vektorsuche!)
   - Ratenlimit fuer teure Aufrufe
   - Keine Dauerabfragen (Sharding, Wartezeiten
     mit Zeitueberschreitung statt Endlosschleifen)
   - Protokolle kuerzen (Speicher und Schreiblast!)
   - Kompression (I/O reduziert auch Energie)
   - Zeitangaben: Keine Abfrage im Sekundentakt,
     wenn minuetlich reicht

9) ENDGERAETE
   # Oft der groesste Posten im Unternehmen!
   - Energiesparen aktivieren (kein Bildschirmschoner,
     sondern Bildschirm aus nach 5 Minuten)
   - Rechner nachts abschalten (Wake-on-LAN fuer Updates!)
   - Geraetealter: Ein 7 Jahre alter Laptop verbraucht
     mehr und leistet weniger als ein neuer
   - Ladegeraete abziehen (Leerlaufverbrauch)

Messen: der erste Schritt

# Ohne Messung keine Optimierung. Und die Messung ist
# einfacher, als viele glauben.

# 1) Leistungsaufnahme je Server (bei Servern mit BMC/IPMI)
ipmitool dcmi power reading
ipmitool sdr type "Current"
#   Ohne BMC: Leistungsmessgeraet an der Steckdose
#   (30 EUR) und Stichproben ueber eine Woche.

# 2) Auslastung je Server
#    Wichtig: Nicht nur Durchschnitt, sondern Verteilung!
#    Ein Server mit 20 % Durchschnitt kann zu Spitzenzeiten
#    bei 100 % sein (das ist gut!) oder dauerhaft bei 20 %
#    (das ist Verschwendung).
uptime
mpstat -P ALL 5 3
#   Wichtige Kennzahl: "Steal Time" bei Virtualisierung

# 3) Speicherverbrauch
free -h
df -h

# 4) Prozesse, die Strom verbrauchen
top -o %CPU
powertop                       # sehr gut fuer Endgeraete
turbostat                      # Intel: echte Leistungsaufnahme

# 5) Idle-Anteil feststellen
#    Zu hohe Last bei gleichzeitig niedriger Nutzung
#    bedeutet: etwas rechnet unnuetz.

# 6) Gesamtverbrauch und PUE
#    USV-Ausgang (IT-Verbrauch) gegen Hausanschluss
#    (Gesamtverbrauch) vergleichen.
snmpwalk -v3 -u benutzer -l authPriv -a SHA -A pass \
  -x AES -X pass -n ""  1.3.6.1.4.1.318.1.1.1.4.3.3
#   OID-Suche je Hersteller unterschiedlich - mit
#   "snmpwalk | grep -i power" arbeiten.

# Kennzahlen, die sich lohnen (monatlich berichten):
#   - Verbrauch in kWh und Kosten
#   - Verbrauch je virtueller Maschine / Container
#   - Durchschnittliche Auslastung je Server
#   - Zahl der Server mit Auslastung unter 10 %
#   - PUE
#   - Verbrauch je Dienst (Rueckverfolgbarkeit!)
#   # Erst wenn der Verbrauch einem Dienst zugeordnet
#   # ist, entsteht Handlungsdruck.

Prüfliste

  1. Ist der Gesamtverbrauch bekannt – und der PUE?
  2. Gibt es eine Liste der Systeme mit Auslastung unter 15 %?
  3. Ist der CPU-Governor auf allen Servern geprüft?
  4. Werden Test- und Entwicklungssysteme außerhalb der Arbeitszeit abgeschaltet?
  5. Ist die Kaltgang/Warmgang-Trennung optisch überprüft (Türen, Kabeldurchführungen)?
  6. Werden Protokolle und Datenmengen begrenzt (Schreiblast = Energie)?
  7. Ist der Verbrauch einem Dienst oder einer Abteilung zugeordnet?
  8. Sind Endgeräte im Energiesparen (Bildschirm, Ruhezustand, Nachtabschaltung)?
  9. Gibt es Kennzahlen und werden sie monatlich berichtet?
  10. Werden ineffiziente Abfragen und Dauerlasten identifiziert?
  11. Sind Speichermedien nach Temperatur gestaffelt (Tiering) statt alles auf NVMe?

Häufige Fehler

  1. Nicht messen. Ohne Zahlen keine Priorisierung – und der Verbrauch wird zu niedrig geschätzt.
  2. Leerlaufserver übersehen. Der größte Posten und der einfachste zu beheben. Ein Inventar mit Auslastungswerten ist der Einstieg.
  3. Kühlung zu kalt. 20 Grad Kaltgang statt 27 kostet viel und bringt nichts. Server arbeiten bei 27 Grad problemlos.
  4. Kaltgang-Türen offen. Der häufigste Fehler in kleineren Rechenzentren. Die Trennung wirkt nur, wenn sie geschlossen ist (auch Kabeldurchführungen!).
  5. Nur Hardware betrachtet. Eine ineffiziente Abfrage oder ein Endlosprozess kostet mehr als jede Kühlungsoptimierung.
  6. Endgeräte vergessen. Bei Büroumgebungen oft der größte Posten – und der mit der größten Bereitschaft zur Änderung.
  7. Auslastung mit Durchschnitt bewerten. Ein Server mit 20 % Durchschnitt und 100 % Spitzen ist gut ausgelastet. Ein Server mit 20 % konstanter Last ist verschwendet.
  8. Alte Hardware weiterbetreiben. Ein Server von 2015 verbraucht bei gleicher Leistung deutlich mehr. Gelegentlich rechnet sich der Austausch rein über den Strom.
  9. Kennzahlen ohne Zuordnung. Gesamtverbrauch interessiert niemanden. Verbrauch je Dienst erzeugt Handlung.

Verwandte Grundlagen: Monitoring, Virtualisierung, Container, Rechenzentrum.