Green IT

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Namen der Autoren:	Michael Havers, Stefan Klewer, Gregor Schlingermann
Titel der Arbeit:	"Green IT"
Hochschule und Studienort:	FOM Düsseldorf

Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis 2 Abbildungsverzeichnis 3 Tabellenverzeichnis 4 Einleitung 5 Definition Green-IT 6 Problembeschreibung, Ursachen und Auswirkungen 6.1 Auslöser 6.1.1 Ökologisch 6.1.2 Ökonomisch 6.2 Ursachen und Auswirkungen 6.2.1 Physikalisch 6.2.2 Planerisch 7 Lösungsansätze und Möglichkeiten 7.1 Effiziente Hardware 7.1.1 Prozessor 7.1.2 Festplatte 7.1.3 Netzteile und USV 7.2 Kühlung und Klimatisierung 7.2.1 Raumtemperatur 7.2.2 Luftkühlung 7.2.3 Freie Kühlung 7.2.3.1 Direkte Freie Kühlung 7.2.3.2 Indirekte Freie Kühlung 7.3 Architektur 7.3.1 Konsolidierung von Servern 7.3.2 Virtualisierung 7.3.3 Server Based Computing 7.4 Organisation 7.4.1 Konsolidierung von Rechenzentren 7.4.2 Initiativen 7.4.3 Zertifizierungen 7.5 Visionäres Beispielprojekt - Google auf hoher See 8 Marktbetrachtung 8.1 Hardwaremarkt 8.2 Softwaremarkt 8.3 Servicemarkt 9 Schlussbetrachtung 10 Fußnoten 11 Literatur- und Quellenverzeichnis

1 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
BK	Bürokommunikation
CO2	Kohlenstoffdioxid, u.a. durch Verbrennung entstehende Verbindung eines Kohlenstoffatoms mit zwei Sauerstoffatomen
CPU	Central Processing Unit, Hauptprozessor eines Computerbasierten Systems
DCE	Data Center Efficiency, 1/PUE
DCPE	Data Center Power Efficiency, Verhältnis von für die Durchführung eines Prozesses benötigte Energie zum Energiekonsum des Rechenzentrums
GB	Giga Byte; 1 Milliarde Byte = 1024 * 1024 * 1024 * 8 Bit
IT	Informationstechnologie
IT-PEW	IT Productivity per Embedded Watt, entspricht DCE
kWh	Einheit zur Messung des Verbrauchs elektrischer Energie, 1 Kilo Watt Stunde = 1000 Watt * 1 Stunde = 1000 Volt * 1 Ampere * 1 Stunde
OSI	Open Systems Interconnection Reference Model, Modell zur Kapselung von über Netzwerke transportierten Information
PC	Auf IBMs x86-Technologie basierendes IT-System
ppm	Parts per million = 10e6 Teile pro Millionen Teile = 0,0001 %
PUE	Power Usage Effectiveness, Verhältnis zwischen Energiekonsum eines Rechenzentrums zu dem der IT Komponenten
RAM	Random Access Memory, Arbeitsspeicher, flüchtiger Speicher in Form von Mikrochips zum gepufferten Vorhalten von Daten für die CPU
SI-EER	Site Infrastructure-Energy Efficiency Ratio, entspricht PUE
SSH	Secure Shell, Textbasierte und verschlüsselte Ein- und Ausgabekonsole
TCO	Total Cost of Ownership, Abrechnungsverfahren und Kennzahl zur Bestimmung der Kosten für Investitionsgüter während ihrer gesamten Einsatzdauer
USV	Unterbrechungsfreie Stromversorgung
VLAN	Virtual Local Area Network, virtuelles Netzwerk
xdmcp	X display manager control protocol: Netzwerkfähiges Protokoll für die Übermittlung von Ein- und Ausgaben auf unixartigen Systemen für den X Window Manager

2 Abbildungsverzeichnis

Abb.-Nr.	Abbildung
1	Exemplarischer, bundesdurchschnittlicher Strommix anhand Beispiel der RWE AG vom 29.12.2008
2	Verlauf der CO2-Konzentration bis 2005
3	Durchschnittlicher Rohölpreise pro Tonne seit 1990
4	Durschschnittlicher Strompreis in Deutschland seit 1996
5	Verteilung des Energieverbauches am Beispiel eines Servers
6	Wirkungsgrad von Strom
7	USV-Wirkungsgrad in Abhängigkeit zur Lastausnutzung bei unterschiedlichen Baugruppen
8	Beispielhafte Berechnung von USV Verlustleistung
9	Entwicklung des Energieverbrauches von Rechenzentren
10	Problemdarstellung der Luftkühlung im Raum
11	Optimale Klimatisierung und Kühlung
12	Skizzierung einer Freien Kühlung
13	Einspareffekte einer indirekten freien Kühlung gegenüber einen reinen elektrischen Kältekreislauf
14	Problematische Abhängigkeiten der Umsetzung von Green IT in seiner Basis
15	Schematischer Aufbau von Virtualisierungslösungen in Hard- oder Software
16	PC vs. ThinClient - Beispiel anhand 175 Clients
17	Vergleich von Server-Infrastrukturen hinsichtlich Konsolidierung
18	Handlungsbedarf in Bezug auf Energieeffizienz in Rechenzentren
19	Messgrößen
20	Messgröße DCPE
21	Patentanmeldungen mit Relevanz zur Energieeffizienz
22	Entwicklung der Marktsegmente Green-IT

3 Tabellenverzeichnis

Tabelle Nr.	Quelle
1	Beispielhafte Anforderungen an ein BK-System
2	Beispielhaft verfügbare Server
3	Annahmen für den Betrieb eines ThinClients ohne Monitor
4	Beispielrechnung für die jährlichen Energiekosten des Einsatzes einer exemplarischen ThinClient-Umgebung

4 Einleitung

Diese Arbeit ensteht im Rahmen der Fallstudie I des Wirtschaftsinformatik Studiums an der FOM am Standort Düsseldorf.
Öffentliche Debatten über den CO2-Ausstoß und die stetige Verknappung der Energieressourcen, die bereits jetzt und verstärkt in den nächsten Dekaden negative Auswirkungen auf die Umweltbilanz und die Höhe der Energiekosten haben und haben werden, zwingen auch die Akteure der IT zu einem Umdenken. Das Thema Green IT ist somit besonders aktuell und wird zur Zeit umfassend von Experten diskutiert und analysiert.
Aus diesen Grund liegt die Motivation zu dieser Arbeit in der Ausarbeitung eines Überblicks von Lösungswegen den hieraus resultierenden und Möglichkeiten für Unternehmen. Die Arbeit konzentriert sich auf die aktuellsten Green IT-Themen und Szenarien, sowie der Hervorhebung von Potentialen in Bezug auf Energieeffizienz und Sicehrung der Nachhaltigkeit in Unternehmen. Diese Arbeit fokussiert relevante Unternehmensaspekte und stellt den effizienten Betrieb von IT in den Vordergrund. Im Anschluss an die Definition des Begriffs Green IT werden die generellen ökologischen und ökonomischen Auslöser, wie zum Beispiel die Entstehung des CO2-Ausstoßes, im Allgemeinen betrachtet. Die gewonnenen Erkenntnisse werden im Weiteren auf die IT bezogen und die Auswirkungen auf Unternehmen erläutert. Im Hauptteil der Arbeit werden aktuelle Lösungsansätze und weitere Methoden zur Effizienzsteigerung veranschaulicht, bevor zum Ende ein visionäres Projekt vorgestellt wird, um einen Ausblick in die Zukunft zu geben.

5 Definition Green-IT

Der Begriff Green IT beschreibt die nachhaltige, energieeffiziente und umweltverträgliche Planung sowie den Betrieb von Informations- und Telekommunikationstechnologien. Eine umfassende Anzahl von Problemstellungen und deren Lösungen sind Bestandteil der Diskussion um Green IT. Die Diskussion behandelt grundlegende Themen der IT, wie Client-, Server- und Rechenzentrumsarchitekturen. Im Zuge dieser Überlegungen spielen auch Konzepte für Klimatisierung und Abwärme eine Rolle.

6 Problembeschreibung, Ursachen und Auswirkungen

Die Grundlage der Diskussion um Green IT bildet die globale Erderwärmung sowie die Verknappung von Ressourcen und der daraus resultierende Anstieg der Energiekosten. Diese grundlegenden Auslöser motivieren Unternehmen zur Ursachenforschung, der Auflistung damit verbundener Einflüsse und Auswirkungen sowie der Erstellung und Durchführung von Green IT relevanter Projekten.

6.1 Auslöser

Seit Beginn der Industrialisierung halten technische Hilfsmittel vermehrt Einzug in das Leben der Menschen. Maschinen und Computer erleichtern nicht nur den Alltag indem sie vielfältige Aufgaben als Werkzeuge, autonome Systeme oder moderne, vernetzte Schreibtische übernehmen. Sie dienen auch der preiswerteren Herstellung von Gütern und Dienstleistungen und sind damit ein adäquates Mittel zur Sanierung diverser ertragskritischer Unternehmensbereiche. Die Integration von IT in nahezu jedem Unternehmens- und Arbeitsbereich, erfordert einen erhöhten Energiebedarf und somit eine Umstrukturierung bisheriger Kosten. Die Motivation und Notwendigkeit sich mit Green IT auseinander zu setzen, lässt sich in zwei Arten unterteilen. Diese sind ökonomischer und ökologischer Natur.

6.1.1 Ökologisch

Elektrische Energie wird immernoch vermehrt aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Abbildung 1 veranschaulicht einen exemplarischen Strommix anhand der Zusammensetzung der Herkunft der Elektrizität der RWE AG.

Aus dieser Grafik wird deutlich, dass mindestens 71% der elektrischen Energie durch Gas oder Kohle gewonnen werden. Energie wird bei fossilen Brennstoffen erst freigesetzt, wenn diese verbrannt werden und ihr Kohlenstoff C mit Sauerstoff O2 reagiert. Das Ergebnis dieser Reaktion ist neben einer Reihe von Schwermetallen, Gasen und anderen Emissionen, CO2 und thermische Energie.

Die Nutzemission, die thermische Energie, wird über Turbinen zunächst in kinetische- und anschließend über Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Zwischen jedem dieser Übergänge der zu transformierenden Energie geht ein Teil dieser Energie verloren. Die Erzeugung der elektrischen Energie lässt den Wirkungsgrad bereits bei der Entstehung im Kraftwerk sinken.

Die Nebenemission, das CO2, gelangt aus den Kraftwerken in die Erdatmosphäre. Der CO2-Anteil in der Atmosphäre dient als Indikator für den weltweiten Zustand der Umwelt. Laut dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) stieg der CO2-Gehalt in der Atmosphäre seit Beginn der Industrialisierung von 280ppm auf 379ppm ^[3] (Stand 2005) an. Jährlich steigt der CO2-Gehalt um weitere 1,4 bis 1,9ppm. Ein Ende des Anstiegs ist bislang nicht abzusehen. Der hohe CO2-Anteil in der Atmosphäre fördert den Treibhauseffekt und führt zu beschleunigter, globaler Erderwärmung.

Durch die beschriebene Ausweitung der Nutzung von IT produziert diese ein nicht zu unterschätzendes Maß an CO2-Emissionen. Laut dem Marktforschungsinstitut Gartner werden etwa zwei Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes durch die Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Geräten aus der IT verursacht ^[4]. Dies entspricht den gesamten Emissionen der internationalen Luftfahrt ^[5].

Nicht zuletzt da die Menschheit vermehrt Symptome ihres Energiehungers in Form von Naturkatastrophen vor Augen geführt bekommt, entstehen ethische Bedenken. Die Anzahl der Opfer der globalen Unwetter und Naturkatastrophen sowie die Umweltverschmutzung gerade in den Recyclinggegenden der Entwicklungsländer steigen.

6.1.2 Ökonomisch

Für IT-Manager ist die Total Cost of Ownership (kurz TCO) die wichtigste Kennzahl zur Planung, Steuerung und Kontrolle der in der IT anfallenden Kosten. Die TCO will alle Kosten umfassen die (hier für IT-)Investitionsgüter samt all ihrer Teilaspekte wie etwa Energiekonsum, Wartung, Reparatur, Miete und Weitere verursachen^[9]. Sie dient somit der Ermittlung der Gesamtkosten, die durch die Beschaffung und den Betrieb eines IT-Systems verursacht werden^[10]. Mit steigendem Kostendruck bei wachsenden Anforderungen und sinkenden Budgets sind IT-Manager dazu gezwungen, diese TCO für ihren Bereich nachhaltig zu senken.

In Zeiten steigender Preise für Ressourcen und Energie bietet sich zur Senkung der TCO in der IT ein strategisch-planerisches Haushalten mit diesen Faktoren an. Die Abbildungen "Durchschnittlicher Rohölpreise pro Tonne seit 1990" und "Durschschnittlicher Strompreis in Deutschland seit 1996" zeigen Kostenverläufe für zwei der wichtigsten Ressourcen bzw. Energieträger typischer deutscher Unternehmen - Rohöl und elektrischer Strom. Elektrischer Strom wird teilweise durch die Verbrennung von Rohöl hergestellt. Daraus resultierend ist der Strompreis vom Rohölpreis abhängig.

Laut dem Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UmSichT) spiegeln sich IT-Anschaffungskosten, bemessen mit Hardware 8% und Software 13% gerade einmal mit etwa 21% in den TCO-Gesamtkosten wieder^[11].

Den größten Kostenblock hingegen bilden der Betrieb und die Betreuung der IT-Systeme mit etwa 43% der Gesamtkosten. Darin enthalten sind die Aufwendungen für Energie.

Eine weitere Motivation für ein Unternehmen, sich mit Green-IT auseinanderzusetzen kommt aus dem Bereich Vertrieb und Marketing. Umweltverträglichkeit wird bei den privaten Kunden ein immer wichtigeres Thema. Resultierend aus repräsentativen Umfragen an der deutschen Bevölkerung im Jahre 2006 veröffentlichte das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit die Ergebnisse in ihrere Studie "Umweltbewusstsein in Deutschland 2006"^[12].

Die Umfrage zeigt, dass Umweltschutz und grünes Denken ein gewichtiges Anliegen der Bürger sind und 25% der Befragten die Umweltverschmutzung als wichtigstes Problem ansehen. Etwa 50% der Befragten halten den Umweltschutz für sehr wichtig. Bemühungen der Industrie zur Umsetzung der Kundenwünsche und die Lösung der genannten Probleme werden von Kunden entsprechend honoriert. Ein Beispiel dafür ist das Bio-Programm der Lebensmittelindustrie. Laut Umfrage greifen 41% der Befragten immer oder häufig zu Bio-Lebensmitteln. Die Sensitivität der Kunden zur Umweltverträglichkeit steigt. Neben Lebensmitteln, Kraftfahrzeugen und dem bevorstehenden Verbot des Absatzes und der Herstellung von Glühbirnen in Europa ist die IT einer der möglichen neuen Kandidaten, den es zu "biofizieren" gilt. Nicht nur Hersteller von IT-Komponenten können von diesem Trend profitieren, sondern auch Unternehmen, die ihre IT umweltbewusst einsetzen. Beide profitieren von einem besseren Unternehmensimage und der Anerkennung der Kunden in Form von steigenden Absatzzahlen.

6.2 Ursachen und Auswirkungen

Die Sensibilisierung für das Thema Green IT durch ökonomische und ökologische Auslöser hat dazu geführt, dass Experten sich nun speziell mit den einzelnen Ursachen für den hohen Energiebedarf der IT, im Besonderen dem von Rechenzentren befassen.

Die Energiekosten, die durch den reinen Stromverbauch und die Kühlung verursacht werden, sind in den letzten zwei Jahren um fast 240% gestiegen.(Vgl. Abbildung:Jährliche Ausgaben weltweit für neue Server, Strom und Kühlung)

Zwar wirken sich alle Ursachen mittel- oder unmittelbar auf den hohen Energiebedarf aus, allerdings in sehr unterschiedlichen Größen.

Die Ursachen sind vielfältig können aber in physikalische und planerische Ursachen kategorisiert werden.

6.2.1 Physikalisch

Gegebenheiten, die durch Naturgesetze beschrieben werden können, werden als physikalisch bezeichnet. In der IT sind im Wesentlichen die physikalischen Gesetze der Elektrodynamik von Interesse. In Bezug auf die Abwärmeproblematik, auf die im Folgenden noch näher eingegangen wird, spielt auch die Thermodynamik eine Rolle.

Die VDI Richtlinie 2054 von 1994 empfiehlt eine Raumtemperatur in Rechenzentren von mindestens 20°C und sieht maximal 28°C vor.^[16]

Die vorgegebenen Temperaturen der VDI Richtlinie 2054 sind auch heutzutage in vielen Rechenzentren Standard. Um eine hohe Lebensdauer der Komponenten zu gewährleisten werden diese meist als optimal angesehen.

Um diese Rahmenbedingungen in Rechenzentren zu schaffen, bedarf es einem sehr hohen Kühlungsaufwandes.

Der Energiebedarf für die Rechenzentrumsinfrastruktur beträgt 50% der Gesamtkosten eines Rechenzentrums^[17]

Die verbleibenden Energiekosten werden durch die eigentlichen IT-Systeme verursacht.

Am Beispiel des Energieverbrauches eines Servers wird deutlich, dass Energiebedarf zu rund einem Drittel durch die Prozessoren verursacht wird (Vgl. Abbildung Verteilung des Energieverbauchs am Beispiel eines Servers). Daher werden die Ursachen hierfür im Folgenden näher betrachtet.

Prozessoren, die auch als Mikroprozessoren bezeichnet werden, sind Halbleiterplatinen.

Für das Schalten der verbauten Elemente wie Transistoren wird Energie benötigt. Dies gilt ebenfalls für die Überwindung des elektrischen Widerstandes. In beiden Fällen wird keine Energie gespeichert, sondern in Form von Wärme abgegeben. Daher spricht man bei Prozessoren von der Leistungsaufnahme, welche in Watt gemessen wird. Es bezeichnet die Energie, die durch den Prozessor aufgenommen wird und in Form von Wärme wieder emittiert wird. Somit ist der Energiebedarf von Prozessoren auf die physikalische Architektur zurückzuführen ^[18].

Der Prozessor verursacht primäre Energiekosten durch die reine Leistungsaufnahme und sekundäre Kosten durch Kompensation der Abwärme.

Ein großer Teil der Abwärme entsteht zudem bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom.

Dieser Vorgang findet in den Netzteilen der IT-Systeme statt, welche 20% des Energieverbrauches eines Servers ausmachen (Vgl. Abbildung Verteilung des Energieverbauches am Beispiel eines Servers).

Die Ursachen hierfür resultieren aus der von einem Rechenzentrum benötigten Energie, die durch den Netzbetreiber in Form von Wechsel bzw. Drehstrom zur Verfügung gestellt und erst in den einzelnen Netzteilen durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt wird. Bei diesem Umwandlungsprozess geht Energie in Form von Wärme verloren. Dies vermindert somit den Wirkungsgrad des Stroms um rund 10%. (Vgl. Abbildung Wirkungsgrade von Strom)

Zusätzlich wird durch den in jedem Netzteil verbauten Gleichrichter zusätzlich Platz in Anspruch genommen, welcher wiederum gekühlt werden muss. Bei der physikalischen Betrachtung der Ursachen und Auswirkungen sind sowohl primärer als auch sekundärer Energiebedarf zu berücksichtigen ^[19].

6.2.2 Planerisch

Bei der planerischen Betrachtung wird die Differenzierung zwischen primären und sekundären Energiekosten nicht vorgenommen.

Laut einer Experton Studie kennen nur rund 7% aller IT-Verantwortlichen den Energiebedarf ihrer IT Landschaft^[20]. Somit wird deutlich dass die primären Ursachen schlechter IT-Planung und Organisation durch die Unwissenheit über vermeidbaren Energiekonsum bei den IT-Verantwortlichen hervorgerufen wird. Als Folge dessen entstehen vermeidbare unnötige Kosten.

Die größte Problematik besteht darin, dass das Thema Green IT im Großteil aller Unternehmen noch nicht in die IT-Strategie integriert ist. Dem Zufolge wurden bisweilen bei der Erweiterung oder Planung von neuen Rechenzentren, die Aspekte der Energieeffizienz nicht als wesentlich betrachtet. Mit der Einführung neuer Anwendungen wurden meist auch neue Server oder Serverlandschaften eingeführt, ohne im Vorfeld vorhandene Kapazitäten zu prüfen. Der Gartner Group zufolge liegt daher die durchschnittliche Kapazitätauslastung in Rechenzentren bei nur rund 40%.

Selbst wenn man einen Puffer respektive Overhead von 10% einkalkuliert bleiben 50% der Ressourcen ungenutzt ^[21].

Es entstehen Kapazitätsüberhänge die sich massiv Energiekosten auslösen. Der Grund dafür ist, dass ein Server ohne Last nur 30% weniger Energie benötigt als ein Server unter Volllast ^[22].

Oftmals werden Rechenzentren bei der Planung an die jeweiligen Firmenstandorte angegliedert. Durch die dezentralisierten Rechenzentren, verstärkt sich das Problem der Auslastung. Es kann passieren, dass für eine Firma beispielsweise an mehreren Standorten Mailserver betrieben werden, die aber nur zu einem sehr geringe Teil ausgelastet sind.

7 Lösungsansätze und Möglichkeiten

Dieses Kapitel zeigt Ansätze und Möglichkeiten für Unternehmen, die Energieeffizienz der eigenen IT zu beleuchten und zu verbessern. Energiesparpotenziale der einzelnen Ansätze werden ebenfalls aufgezeigt. Beginnend mit den einzelnen Kernkomponenten eines Servers, weiterführend über die Kühlung der Komponenten und die abschließende Betrachtung von Serverarchitekturen, werden sowohl im technischen wie im organisatorischen Bereich Lösungen dargestellt.

7.1 Effiziente Hardware

Zentrales Element bei effizienter Hardware ist der Leistungwert pro Watt. Bei Prozessoren spricht man von Performance per Watt und bei Festplatten zum Beispiel von Speicherkapazität per Watt. Diese Kennzahlen ermöglichen ein Benchmarking zwischen einzelnen Herstellern und deren Produkten. Der Kunde kann sich sein optimales Produkt aussuchen. Im Folgenden werden die Schwerpunkte auf die Komponenten gelegt, die am meisten Energie verbrauchen (Vgl. Abbildung: Verteilung des Energieverbauchs am Beispiel eines Servers).

7.1.1 Prozessor

Die CPU, Central Processing Unit, gehört zu den am stärksten Energie verbrauchenden Baugruppen innerhalb eines Servers. Folglich liegt deren Entwicklung im Fokus der Hersteller. Der Umstieg auf kleinere Fertigungstechnologien zwingt die Hersteller die CPU-Architektur zu optimieren. Die aktuelle Stufe, welche von den Herstellern beschritten wird, ist die sogenannte 45nm Fertigung. Auf der einen Seite können mehr Chips aus den sehr aufwändig und ernergielastig hergestellten Silizium Wafern gewonnen werden. Auf der ahnderen verringert die kleinere Fertigungsstufe den TDP-Wert. TDP steht für Thermal Design Power und beschreibt die Verlustleistung, welche maßgeblich für den späteren Kühlungsaufwand verantwortlich ist. Weitere Einsparmöglichkeiten bringen herstellerspezifische Techniken wie zum Beispiel das von Intel entwickelte SpeedStep sowie das von AMD entwickelte Cool&Quit. Diese Stromsparmodi senken die Taktfrequenz und die Kernspannung der CPU ab, wenn dieser sich im IDLE-Zustand befindet.

7.1.2 Festplatte

Fesplatten verfügen wie die CPUs ebenfalls über Stromsparmethoden. Der Großteil der Hersteller hat mittlerweile Firmware etabliert, die es der Fesplatte bei Nichtnutzung erlauben sich in einen IDLE-Modus zu versetzen, um dadurch Energie einsparen. Die Fesplatten haben insbesondere bei vielen Schreib- und Lesezugriffen den größten Bedarf an Energie. Die Schreib- und Leseköpfe müssen für jede Anfrage beschleunigt und abgebremst werden. Als Konsequenz haben die Hersteller Methoden wie das Native Command Queuing (NCQ) entwickelt. Mit Hilfe dieser Technik werden eingehende Befehle kurze Zeit zwischengespeichert, analysiert und in einer Abarbeitungsreihenfolge an die Steuerungseinheiten der Schreib- und Leseköpfe weitergegeben. Die Festplatten werden in die Lage versetzt sich den optimalen Zugriffsweg zu erstellen, um die ständigen Beschleunigungen und Verzögerungen zu minimieren. Das führt unter Auslastung zu einer verringerten Leistungsaufnahme. Zu erwähnen ist, dass diese Technik bei sequentiellen Anfragen zu langsameren Ergebnissen hinsichtlich Zugriffsgeschwindigkeiten (Latenzen) führen kann.

7.1.3 Netzteile und USV

Die wichtigste Messgröße bei Netzteilen und USV-Anlagen ist der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad beschreibt den Energieverlust eines Netzteiles bzw. USV bei Bereitstellung einer gewissen Ausgangsleistung im Verhältnis zur Eingangsleistung.

Handelt es sich zum Beispiel um ein 500W Netzteil und läuft dieses unter Vollast, gibt aber nur 400 Watt als Ausgangsleistung ab, so verfügt dieses Netzteil über einen Wirkungsgrad von 80%. Dies ist gleichbedeutend mit 100 Watt Verlustleistung, die als Wärme verloren gehen und vom Verbraucher nicht verwendet werden können.

Anhand des Beispiels wird deutlich, dass je höher der Wirkungsgrad eines Netzteiles ist, desto effizienter arbeitet es und verliert in Relation nicht die Menge Wärme, wie es ein Netzteil gleicher Leistung mit niedrigerem Wirkungsgrad verlieren würde. Diese Regel gilt auch bei USV-Anlagen (Vgl. Abbildung: USV-Wirkungsgrad in Abhängigkeit zur Lastausnutzung bei unterschiedlichen Baugruppen). Die Verantwortlichen sollten dementspechend ihre vorhandene Technik prüfen und gegebenenfalls einen Austausch der USV-Anlagen/Netzteilen gegen neuere und energieffizientere Anlagen anstreben unter Berücksichtigung des Breakeven in Bezug auf Nutzungsdauer und des Sparpotentiales. Die Abbildung "Beispielhafte Berechnung von USV Verlustleistung" zeigt deutlich welche Kosten auftreten können wenn die falsche, ineffiziente Hardware eingesetzt wird. Die enstehenden Mehrkosten aufgrund der Verlustleistung belasten die Budgets der Unternehmen und sollten nicht vernachlässigt werden.

7.2 Kühlung und Klimatisierung

Die Aufgabe der Kühlung und der Klimatisierung innerhalb von Serverräumen und Rechenzentren besteht darin, die entstehende Abwärme, die bei Zuführung jedes Kilowatts elektrischer Leistung entsteht, aus dem Gerät, dem Rack oder dem Raum abzuführen, und die Betriebstemperaturen konstant zu halten^[26]. Die Kühlung und Klimatisierung ist eines der Gebiete, auf dem sich am meisten Energie und Kosten sparen lassen.

Laut dem Leitfaden der BitKom "Energieeffizienz im Rechenzentrum" verbraucht die Rechenzentrumsinfrastruktur bis zu 50% des Stroms der insgesamt von einem Rechenzentrum benötigt wird (Vgl. Abbildung: Entwicklung der Energieverbrauch Rechenzentren).

Im Folgenden werden einzelne Effizienzsteigungspotentiale vorgestellt und deren Einsatzfelder erläutert.

7.2.1 Raumtemperatur

In den meisten Rechenzentren wird die Luft zu stark heruntergekühlt. Nach Rücksprache mit den Herstellern der sich im Betrieb befindlichen Hardware wird sich herausstellen, dass der größte Anteil der Geräte kein Problem mit einer Betriebsumgebungstemperaturspanne von 30 bis 35 Grad Celsius hat. Somit ist die VDI-Richtlinie 2054 von 1994 in ihren Aussagen als veraltet zu betrachten. Das starke Herunterkühlen der Luft verbraucht viel Energie und kann durch die Erhöhung der Raumtemperatur im Rechenzentren zu einer relativ einfachen Einsparung von Energie führen^[27].

7.2.2 Luftkühlung

Die Luftkühlung ist die klassische Raumkühlungsmethode und wird in den meisten Rechenzentren eingesetzt. Hierbei werden die Serverschränke so angeordnet, dass sich ihre Vorderseiten gegenüberstehen. Diese Gasse wird als Kaltgang bezeichnet, da die Kühlungsluft von unten durch den Doppelboden über die Vorderseite in das Rack gezogen und die warme Abluft über die Rückseite der Racks in den sogenannten Warmgang abgegeben wird. Die erwärmte Abluft wird über ein an der Decke befindliches Lüftungssystem zu den meist an der Peripherie des Raumes aufgestellten Umluftkühlsystemen abtransportiert^[30]. Es ensteht eine Anordnung nach dem Warm- und Kaltgangprinzip.

Aufgrund der steigenden Leistungsverdichtung von Servern und dem damit einhergehenden erhöhten Kühlungsbedarf und der erhöhten Menge von benötigter Kaltluft, welche mit immer stärkerem Druck in die Doppelböden eingeleitet werden muss, entstehen Ineffizienzen. Warme Luft rezirkuliert in die Kaltgänge, die dadurch zusätzlich erwärmt werden. Dies führt zu einer abgeschwächten Kühlung. Des Weiteren kann durch eine schlechte oder meist zu geringe Verdichtung der Bodenplatten kalte Luft in die Warmgänge entweichen. (Vgl. Abbildung: Problemdarstellung Luftkühlung im Raum).

Abhilfe schafft hier die komplette Abschottung der Kaltgänge gegen die Rezirkulation der warmen Luft. Schlussfolgernd bedeutet dies auch eine Abschottung von Warm und Kalt innerhalb der Serverracks.(Vgl. Abbildung: Optimale Klimatisierung und Kühlung)^[31].

Im absolut optimierten Fall, der alle Kaltgänge abschottet, befindet sich an jedem Ende eines Warmgangs ein Umluftkühlgerät und ein Doppelboden, der einen äußerst effektiven Transport der Kaltluft ermöglicht, können Racks mit einer Leistung von bis zu 15 KW mit Hilfe der Luftkühlung betrieben werden.

Für Racks, die eine Leistung größer als 15 KW aufnehmen und wieder als warme Luft abgeben, müssen die Verantwortlichen auf andere Kühlsysteme wie zum Beispiel In-Rack Kühlungen bzw. wassergekühlte Racks zurückgreifen.

7.2.3 Freie Kühlung

Eine weitere Methode, um den Energiebedarf eines Rechenzentrums in Bezug auf Kühlung zu senken, ist die Nutzung der sogenannten Freien Kühlung.

Insbesondere in gemäßigten und kalten Klimazonen bietet sich dieses System an, den Energiebedarf für Rechenzentren deutlich zu verringern. Innerhalb der letzten Jahre und Aufgrund des technologischen Fortschritts erschliessen die Anlagen, die sich der Freien Kühlung bedienen, immer größere Energieeinsparpotenziale. Die Freie Kühlung muss in die Bereiche "Direkte Freie Kühlung" und "Indirekte Freie Kühlung" unterteilt werden ^[32].

7.2.3.1 Direkte Freie Kühlung

Die Klimageräte, die über die Möglichkeit der Direkten Freien Kühlung verfügen, haben zusätzlich ein Luftklappensystem, welches Außenluft in den Raum bzw. Raumluft aus dem Raum zu führen ermöglicht. Man unterscheidet bei der direkten Kühlung zwischen drei Modi, dem Freikühlungsbetrieb, dem Mischbetrieb und dem Umluftbetrieb (Vgl. Abbildung: Skizzierung einer Freien Kühlung). Welcher Modus betrieben wird, ist abhängig von der Außentemperatur. Je niedriger die Außentemperatur desto größer sind die Energiesparpotenziale.

Vorraussetzungen für den Betrieb im Freikühlungsbetrieb sind niedrige Temperaturen im Außenbereich, so dass die Außenluft direkt dem Luftkühlkreislauf zugeführt werden kann. Die warme Abluft verlässt den Rechenraum wieder mit dem Luftstrom. Gegeben durch den allgemeinen Anstieg der Temperaturen im Laufe der Jahresmitte wechseln die Klimageräte auf den Mischbetrieb.

Dieser Modus bedeutet, dass dem Luftstrom zusätzlich zur Freiluftkühlung Wärme über den normalen Kältekreislauf entzogen wird. Die Einbeziehung des Kältekreislaufes ist abhängig von der Außentemperatur.

Steigen die Temperaturen über ein gewisses Maß an, welches keinen Kühlungseffekt durch Beisteuerung von Außenluft entstehen lassen würde, schalten die Klimageräte komplett auf den Umluftbetrieb und der Kältekreislauf übernimmt komplett den Wärmeentzug aus dem Luftstrom. Der Umluftbetrieb ist der energieintensivste Modus.

Des Weiteren muss beachtet werden, dass durch das Einlassen von großen Mengen an Außenluft, die Einhaltung der Luftfeuchtigkeitstoleranzen sehr schwierig wird. Aus diesem Grund wird die direkte Freie Kühlung nur für kleinere Räume empfohlen ^[34].

7.2.3.2 Indirekte Freie Kühlung

Die Indirekte Freie Kühlung nutzt ein Gemisch aus Wasser und Glykol, um den entstandenen warmen Luftstrom abzukühlen. Das Gemisch wird außerhalb im Freien mit Hilfe der Umgebungsluft und einem Freikühlungsystem, ohne Hilfe eines elektrischen Kältekreislaufes, heruntergekühlt und wieder zurück in den Raum gespeist. Dieses System eignet sich hervorragend für alle Größen von Rechenzentren und bietet ein sehr hohes Energiesparpotenzial. Besonders in den optimalen Klimazonen wird der Betrieb des energieintensiven Kältekreislauf minimiert (Vgl. Abbildung: Einspareffekte indirekter Kühlung gegenüber reinem elektrischen Kältekreislauf).

Die höheren Investitionskosten, die bei Anschaffung und Inbetriebnahme eines solchen Systems entstehen, werden schon nach einer kurzen Zeit durch die geringeren Betriebskosten amortisiert.

7.3 Architektur

Der Begriff Architektur wird im Bereich der IT zur Beschreibung des Aufbaus von IT-Systemen und zur Darstellung der Art der Integration von Komponenten in solche verwendet. Dabei unterscheidet man unter anderem zwischen Server-, Netzwerk-, Hardware- und Softwarearchitekturen. Grundsätzlich wird angenommen, dass bereits vorhandene IT-Systeme ineffizient und mit teilweise erheblichem Leerlauf betrieben werden. "Grüne" Lösungsansätze stehen in ihrer Basis (Vermeidung von Redundanzen, Energiesparende Komponenten, etc) grundsätzlich in negativer Relation zur Integrität und Ausfallsicherheit - i.w.S. Verlässlichkeit - eines IT-Systems, also den Grundanforderungen an jedes IT-System (vgl. Bild "Problematische Abhängigkeiten der Umsetzung von Green IT in seiner Basis"). Sie sind deshalb für Unternehmen meist nicht praktikabel. Architektonische Lösungen sind eigenständig, aber auch in kombinierter Form in der Lage diesen Anforderungen gerecht zu werden. Im Kontext der Lösungsansätze zur Problematik der Umsetzung einer grünen IT werden folgend Vorschläge mit Auswirkungen auf vorhandene bzw. Ablösung vorhandener Architekturen beschrieben.

7.3.1 Konsolidierung von Servern

Konsolidierung von Servern meint grundsätzlich die Zusammenlegung mehrerer Server zu einem bzw. weniger Servern. Mögliche Ursachen für die Zusammenlegung von Servern können u.a. nicht mehr betriebene Applikationen, technischer Fortschritt der Hardware, verringerter Bedarf an Rechenleistung oder auch gestiegene Anforderungen an die räumlichen Dimensionen sein. Durch eine erfolgte Konsolidierung können Energie-, Miet- und Wartungskosten gespart werden. Zudem verringert sich der Energiebedarf durch absolut weniger zu betreibende Hardware.

Bei gleichbleidenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Hardware kann diese nach einer gewissen Zeit durch moderne Hardware ersetzt werden. Laut dem Bundesverband für Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. kann in solch einem Intervall mit Energieersparnissen in Höhe von etwa 25-30% gerechnet werden^[36]. Diese Ersparnis lässt sich allein durch den technischen Fortschritt bei Serverbauteilen erreichen. Eine Methode zur Durchführung einer Serverkonsolidierung kann die Virtualisierung darstellen.

7.3.2 Virtualisierung

Virtualisierung beschreibt in der IT Mechanismen und Methoden zur Abstrahierung physischer- in logische Ressourcen um eine transparente Teilung dieser durchzuführen. Im Kontekt der Architektur können IT-Systeme durch diesen Ansatz besser ausgelastet und günstiger betrieben werden. Laut Angaben der Bitkom haben Untersuchungen ergeben, dass Server ohne Last durchschnittlich 70% ihrer maximalen Stromaufnahme konsumieren. Ein Server, auf dem lediglich eine Applikation betrieben wird hat dem gegenübergestellt nur eine durchschnittliche CPU-Auslastung von 15% ^[37]. Virtualisierung bietet hier Potenzial zur Einsparung von Energie. Zur Unterstützung grüner IT stehen drei Virtualisierungsansätze zur Verfügung:

Softwarevirtualisierung

Bei der Softwarevirtualisierung bietet Software die Möglichkeit mehrere Systeme (Betriebssysteme, Applikationen) auf einem Host quasi-simultan unter Zuhilfenahme eines Abstraktionslayers zu betreiben. Diese Layer löst logische- in physische Zugriffe auf und gibt sie an den Host weiter.

Hardwarevirtualisierung

Durch entsprechende Hardware unterstützt, können physische Ressourcen von ihr aufgeteilt und den Gastsystemen zur Verfügung gestellt werden. Gastsysteme können ohne Anpassungen darauf betrieben werden. Die ihnen zugewiesenen, logischen Ressourcen erscheinen für sie transparent als physische Ressourcen.

Netzwerkvirtualisierung

Bei der Virtualisierung eines physischen Netzwerkes wird dieses in mehrere logische bzw. virtuelle Netzwerke (sog. VLANs) aufgeteilt. Dies geschieht i.d.R. unter Zuhilfenahme modifizierter Netzwerkprotokollimplementierungen die die zu transportierenden Informationen auf einem OSI-Layer grösser dem Layer 4 kapseln und einem VLAN zuweisen.

Wenn Hardware- und Softwarevirtualisierung auch annähernd identische Methoden nutzen, um ihre Zielen gerecht zu werden, so substituieren sie sich nicht. Eine Softwarevirtualisierung kann grundsätzlich auf durch Hardware virtualisierten Ressourcen eingesetzt werden. Muß sich jedoch für eine der beiden Arten entschieden werden, so ist die Hardware- der Softwarevirtualisierung hinsichtlich der Effizienz vorzuziehen, da hardwarevirtualisiert nicht jeder logische Ressourcenzugriff auf der Host-CPU durch eine Software in einen physischen Ressourcenzugriff aufgelöst werden muß um die Abstrahierung der Ressourcen zu gewährleisten. Produkte mit in Hardware verankerten Virtualisierungstechnologien lösen diese Ressourcen nicht auf der unoptimierten CPU, sondern auf optimierten Komponenten (separaten Chips oder CPUs mit Befehlssatzerweiterungen) auf und sind somit effizienter.

Alle beschriebenen Formen der Virtualisierung können der Umsetzung von Green IT nutzen indem IT-Komponenten wie bspw. Server oder auch Netzwerkstrecken in virtueller Form konsolidiert werden.

Exemplarisches Beispiel eines Teils einer Unternehmens-IT:

1. Bürokommunikationsanforderungen:

Tabelle 1: Beispielhafte Anforderungen an ein BK-System

Applikationen	CPU-Bedarf	RAM-Bedarf
Mailserver	12 LE	6 GB
Firewall	16 LE	4 GB

2. Dafür verfügbare Server:

Tabelle 2: Beispielhaft verfügbare Server

Name	CPU-Ressourcen	RAM-Ressourcen
SRV1	32 LE	12 GB
SRV2	18 LE	6 GB

:Legende:
:LE = Leistungseinheit, vom Unternehmen definierter Wert bspw. Millionen Operationen/Sekunde
:GB = GigaByte

Ohne Virtualisierung wird ein Mailserver in der Praxis wegen potenzieller Sicherheitsrisiken nicht zusammen mit einer Firewall auf einem Host betrieben werden. Die beiden Applikationen würden hier auf zwei physische Server aufgeteilt. Der Mailserver würde beispielsweise auf SRV1 betrieben und die Firewall auf SRV2. Das bedeutet rein rechnerisch, 20 Leistungseinheiten und 6 GB verschwendete Ressourcen, die elektrische Energie konsumieren, gekühlt werden müssen und Platz im Rechenzentrum einnehmen.

Mit Hilfe von Virtualisierung könnten beide Applikationen auf dem physischen Host SRV1 betrieben werden, da beide einen von der Virtualisierungslösung gekapselten und voneinander gesicherten Ressourcenbereich zugewiesen bekommen. Über die Virtualisierungslösung lassen sich beiden Gastsystemen ausreichend Ressourcen zuweisen, per Software oder per Hardware. Der Server SRV2 wäre nunmehr überflüssig und müsste nicht betrieben werden. SRV1 hätte noch 4 LE und 2GB Sicherheitspuffer. Es wird weniger elektrische Energie für Betrieb und Kühlung und Platz im Rechenzentrum benötigt.

Der Bundesverband für Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. (BITKOM) geht von einem praxistauglichen Konsolidierungsgrad von 1:10 aus und rechnet dabei mit einer machbaren Senkung des Stromverbrauches von 80% ^[38]. Der Konsolidierungsgrad beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der Anzahl der physikalischen Server und darauf installierten virtuellen Servern, also auch das Verhältnis der Anzahl physischer Server vor- zu der Anzahl physischer Server nach der Virtualisierung. Bei einem Konsolidierungsgrad von 1:10 könnten nach erfolgter Virtualisierung dementsprechend 9 physische Server ausgeschaltet werden.

7.3.3 Server Based Computing

Server Based Computing beschreibt einen möglichen Weg der Nutzung vernetzter Architekturen bzw. Netzwerke. Dieser Methode liegt der Kerngedanke von Client-Server-Technologie zu Grunde. Während die Client-Server-Technologie eine abstrakte Definition zur Verwendung des Mediums Netzwerk gibt, ist Server Based Computing hinsichtlich der in diesem Konzept verwendeten Komponenten konkreter. Die bekanntesten Methoden zur Umsetzung einer solchen Architektur sind Terminals mit Terminalservern und Webbrowser mit Webservern. Beide sind in ihrem Grundsatz gleich aufgebaut:

Eine leistungsstarke Einheit, der Server, nimmt Anfragen der Clients entgegen und verarbeitet diese. Im Client steck i.d.R. lediglich Darstellungs- und keine Businesslogik. Der Client stellt nur das dar, was der Server ihm zur Darstellung übermittelt und dient somit nur zur Ein- und Ausgabe.

Der gravierendste Unterschied zwischen Web- und Terminaltechnologie ist ihre Statusbehaftung. Terminaltechnologien sind weitestgehend statusbehaftet während Webclients keine permanente Verbindung zu ihren Server voraussetzen.

Web- und Terminaltechnologien gemeinsam sind die niedrigen, technischen Leistungsanforderungen an die Clienthardware. Auch wenn Terminalimplementierungen bereits seit den siebziger Jahren existieren, so gibt es auch heute noch zalhreiche Anbieter dieser Lösungen:

Microsoft Windows Terminalserver, XClient über XDMCP und Citrix Presentation Server für grafikfähige Terminaldienste aber auch Telnet- oder SSH-Shell als Textmoditerminals können hier genannt werden.

Durch die zentralisierte Bereitstellung der Anwendungen lassen sich mit Hilfe des Server Based Computings nicht nur Energie- sondern auch personelle Kosten sparen. Laut Angaben der Fraunhofer UmSichT^[39] entfällt der Großteil der durch den Einsatz von ThinClients erworbenen Kostenersparnis auf den verringerten Supportaufwand für Clients.

Das folgende Beispiel soll das Potential für Kostenersparnisse durch geringeren Energieverbrauch verdeutlichen. Die zu Grunde liegenden Zahlen stammen aus der Fraunhofer UmSichT^[40].

Tabelle 3: Annahmen für den Betrieb eines ThinClients ohne Monitor

Energieverbrauch Betrieb	Energieverbrauch Soft-Off
17W	1W

Bei einer durchschnittlichen Betriebszeit von neun Stunden pro Arbeitstag ergibt sich arithmetisch gemittelt ein Stromverbrauch von 7 Watt pro Stunde. Bei einem Preis von 0.15€/kWh erzeugt ein ThinClient lediglich 6,07€ Energiekosten pro Jahr.

Tabelle 4: Beispielrechnung für die jährlichen Energiekosten des Einsatzes einer exemplarischen ThinClient-Umgebung

220 Arbeitstage * 0,007kW/h * 24h * 0,15€/kWh	5,55€
145 freie Tage * 0,001kW/h * 24h * 0,15€/kWh	+ 0,52€
Summe	= 6,07€ jährlich

Wird dieses Beispiel auf ein mittelständisches Unternehmen mit 300 Arbeitsplätzen übertragen, so ergibt sich einer Studie der Fraunhofer UmSichT zu Folge über eine Nutzungsdauer von fünf Jahren ein um über 148t CO2 reduzierter Schadstoffausstoss, der in etwa dem CO2-Ausstoss eines VW Golf TDI bei einer zurückgelegten Distanz von fast 1,1 Mio km entspricht^[42]. Würden in den EU-15 Staaten 8,2 Mio in 2008 neu erworbenen PC- durch ThinClient Arbeitsplätze ersetzt werden, könnten 5382000t CO2 vermieden werden^[43]. Im direkten Vergleich zwischen PC- und ThinClient-Arbeitsplätzen konnte die Fraunhofer UmSichT erhebliches Sparpotenzial pro ThinClient-Arbeitsplätze feststellen. Für 175 Arbeitsplätze bei einer Nutzungsdauer über fünf Jahre wurde für einen automatisiert verwalteten PC etwa 2350,00€, für einen ThinClient mit anteiligen Kosten für den TerminalServer samt seiner Klimatisierung 1690,00€ ermittelt^[44].

7.4 Organisation

Die vielseitigen technischen Lösungsansätze, sollen in diesem Abschnitt um eine organisatorische Komponente ergänzt werden.

In diesem Zusammenhang soll herausgestellt werden, dass es organisatorische Ansätze gibt um den Energiebedarf von Rechenzentren zu minimieren und es auf der anderen Seite organisatorischer Handlungen bedarf um die Thematik Green IT weiter zu fokussieren und zu fördern.

7.4.1 Konsolidierung von Rechenzentren

Die diskutierte Ineffizienz einzelner Rechenzentren aufgrund der bereits formulierten Ursachen, lässt die Tendenz erkennen, dass die Ineffizienz bei der Betreibung mehreren Rechenzentren ansteigt.

Besonders am Lösungsansatz durch die Virtualisierung lässt sich veranschaulichen, welche Einsparungspotenziale sich ergeben, wenn statt einzelner Server komplette Rechenzentren zusammenlegt werden. Im Zuge einer Konsolidierung können neben der Optimierung der Kapazitätsauslastungen auch Verbesserungen an der Infrastruktur des Rechenzentrums vorgenommen werden.

Bei Unternehmen die mehrere Standorte oder eine Filialstruktur besitzen, bietet eine Zentralisierung der IT-Infrastruktur oftmals die Möglichkeit Kosten zu sparen (Vgl. Auslastung konsolidierter Infrastruktur-Server). Neben der Kostenersparnis bei der IT, sinken dabei auch die Miet und Personalkosten. Die Konsolidierung von Rechenzentren darf allerdings nur in dem Maße vorgenommen werden, bei dem die benötigte Redundanz, zum Schutz vor Ausfällen, weiterhin gewährleistet bleibt. Die verhältnismäßge Angemessenheit von Kostenersparnis und Ausfallsicherheit, muß geben sein ^[46].

7.4.2 Initiativen

Im Verlauf der Fallstudie wurden sowohl Ursachen als auch mögliche Lösungsansätze skizziert.

Es wurde deutlich, dass die Beweggründe bei den Unternehmen sich mit dem Thema Green IT auseinander zu setzen besonders aus den hohen Kosten der IT resultieren. Hierzu wurden von Unternehmen und Branchen Initiativen zu Steigerung der Effizienz in Rechenzentren ins Leben gerufen. Desweiteren wurden durch politische Initiativen wie dem "Code of Conduct for Data Centres" der EU für das Thema Green IT auch im ökologischen Bereich, sowohl Unternehmen als auch Kunden sensibilisiert.

Obwohl verschiedene Initiativen existieren die alle das Ziel verfolgen, die hohen Energiekosten und die damit verbundenen CO2 Emissionn zu senken, so sind die Perspektiven und damit verbundenen Ansätze zur Lösung teilweise stark unterschiedlich.

Anhand der Befragung von Anbietern von Rechenzentren des Branchenverbandes Bitkom wird klar, dass Handlungsbedarf in verschiedenen Kategorien besteht (Vgl. Abbildung Handlungsbedarf im Bezug auf Energieeffizienz in Rechenzentren)

Bei der Sensibilisierung von Kunden, wird die Notwendigkeit einer Zusammenarbeit der einzelnen Initiativen klar. Eine Politische Förderung macht die Lösungsangebote der Anbieter wesentlich attraktiver ^[48].

Auch bei der Festlegung von Standards ist eine gemeinsame, instanzübergreifende Vorgehensweise zu bevorzugen um.

Als Ergebnis der übergreifenden Initiativen im Bereich der Green IT wurden durch den Green Grid Verband Formeln festgelegt, welche die Energieeffizienz in Rechenzentren messbar machen. Mit diesen Messgrößen ist der Wunsch nach Vergleichbarkeit erfüllbar.

Die beiden wichtigsten Messgrößen sind zum Einen die Power Usage Effectiveness (PUE), welche das Verhältniss zwischen dem von gesamten Rechenzentrum und dem von den IT Komponenten benötigten Strom widerspiegelt und zum anderen die Datacenter Efficiency (DCE), dem Kehrwert der Power Usage Effectiveness (Vgl. Abbildung Messgrößen).

Somit verbrauchen bei einem PUE von 2 die IT-Komponenten die Hälfte der Gesamtenergie, die dem Rechenzentrum zur Verfügung steht. Die genannten Messgrößen sind besonders auf eine punktuelle Vergleichbarkeit ausgelegt.

Um eine noch aussagekräftigere und weniger stark beeinflussbare Messgröße zu definieren soll langfristig mit Hilfe von Aufzeichnungen die Data Center Performance Efficiency ermittelt werden. Sie setzt die Energie, die vom IT-Equipment genutzt wurde um eine Prozess durchzuführen ins Verhältniss zum Energiebedarfs des gesamten Rechenzentren. Energie die durch Abwärme oder Überkapazität verloren geht, spiegelt sich in der Größe Useful Work nicht wider(Vgl. Abbildung Messgröße DCPE)^[51].

Die Messgrößen des Uptime Institute sind identisch zu dem des Green Grid Verband, werden aber anders betitelt.

Es existieren die Größen SI-EER (Site Infrastructure-Energy Efficiency Ratio) und IT-PEW (IT Productivity per Embedded Watt), welche der PUE und DCE des Green Grid Verband entsprechend.

Beide Institute gehen davon aus, dass mit Hilfe dieser festgelegten Messgrößen eine quantifizierbares Reporting in den Unternehmen möglich ist ^[52].

7.4.3 Zertifizierungen

Auf Grundlage der zuvor erläuterten Messgrößen und speziellen Messverfahren werden durch verschiedene Institute Zertifikate ausgestellt, welche den Rechenzentren ein engerieeffizientes Arbeiten bescheinigen. Die aktuell annerkantesten Zertifakte werden von den Instituten TÜV Rheinland und Dekra ausgestellt. Der TÜV Rheinland vergibt sein Zertifikat in der Ausprägung „Energieeffizientes Rechenzentrum“ und „Energiebewusstes Rechenzentrum“ ^[53].

Bei der Zertifizierung der Dekra in Zusammenarbeit mit der Experton Group, werden nicht nur das Rechenzentrum sondern auch die Prozesse hinsichtlich der Green IT Aspekte zertifiziert ^[54]. Die Zertifizierung hat für Unternehmen zwei wesentliche Vorteile.

Zum einen werden die eigenen Ergebnisse durch ein Audit geprüft und objektiviert und zum anderen verbessert sich die Außenwirkung. Dies ist besonders wichtig, da 50% aller Deutschen das Thema Umweltschutz für sehr wichtig halten ^[55].

Der Trend ist erkennbar, daß die Benutzung engeriesparender IT sich positiv auf das Image gegenüber dem Kunden und Konsumenten auswirkt. Dies bedeutet, daß Unternehmen die Rechenzentrumsleistungen einkaufen, bewußt auf Zertifizierungen achten werden, um eine Form einer Kontrollinstanz einzubinden und zum Anderen einen Imagegewinn gegenüber ihren Kunden verzeichnen zu können.

7.5 Visionäres Beispielprojekt - Google auf hoher See

Neben den vielseitigen, bereits erprobten Möglichkeiten die Rechenzentrumskosten zu senken, gibt es auf diesem Gebiet auch visionäre Ideen. Der Suchmaschine Anbieter Google versucht bereits sein innovatives Konzept zur Umsetzung von Green IT patentieren zu lassen.

Hauptbestandteil hierbei ist der Einsatz von regenerativen Energien sowohl zum Betrieb des Rechenzentrums als auch zur Kühlung.

In beiden Fällen soll Wasser und seine kinetische Energie eingesetzt werden. Durch Wellengeneratoren wird die Bewegung des Wassers in elektrischen Strom umgewandelt. Zusätzlich soll das Wasser genutzt werden um die durch das eigene Rechenzentrum emmittierte Wärme aufnehmen und somit die Kühlung der IT-Komponenten gewährleisten.

Hierzu werden die Rechenzentren in schwimmenden Pontons auf hoher See positioniert. Google verspricht sich neben enormen Kostenersparnisse eine hohe Flexibilisierung von Rechenleistung.

So könnten die schwimmenden Rechenzentren bei Bedarf durch Schlepper an verschiedene Orte transportiert werden um dort Rechenleistung zur Verfügung stellen. Um eine redundante Energiequelle bezüglich Ausfallsicherheit zu besitzen, werden Dieselgeneratoren mit an Bord der Rechenzentren betrieben^[56].

8 Marktbetrachtung

Das Thema "Green IT", welches Bedeutung in der Öffentlichkeit und innerhalb der Unternehmen, durch den steigenden Energiekostendruck, gewinnt, wirkt sich positiv auf die Forschung und und damit auf Innovationen aus (Vgl. Abbildung: Patentanmeldungen mit Relevanz zur Energieeffizienz). Die Unternehmen haben erkannt, dass sich hinter Begriffen wie Energieeffizienz, Umweltschutz und Nachhaltigkeit wirtschaftliche Potentiale verbergen. :Diese Tatsache führt dazu, dass Unternehmen Investitionen in diesem Bereich tätigen werden und somit vermehrt Hardware, Software und Dienstleistungen nachfragen, die es ermöglichen ihre benötigte Infrastruktur kosten- und energieeffizient zu betreiben. Im Weiteren wird auf die einzelnen Marktsegmente eingegangen und besondere Marktpotentiale herausgestellt.

8.1 Hardwaremarkt

Laut IDC befanden sich 2005 weltweit circa 27 Millionen Server im Betrieb und IDC rechnet mit einem Anstieg auf 43 Millionen im Jahr 2010. Eine von der Bitkom und Borderstep durchgeführten Umfrage unter Serverhersteller ergab, dass die Hersteller mit einem jährlichen Wachstum von 11-12% in diesem Segment rechnen. Die Hersteller werden verstärkt auf effiziente Prozessoren und Server setzen und diese stetig weiterentwickeln, da diese Thematik ein zentraler Wettbewerbsfaktor ist und in Zukunft deutlich an Bedeutung zulegt.

Des Weiteren rechnet der Markt für Kühlungs- und Klimatisierungshardware mit einem vergleichbaren Wachstum. Die optimale Kühlung, wie in Kapitel Green IT#Kühlung und Klimatisierung bereits erwähnt, birgt enorme Einsparpoteniale seitens der Kosten und der Energie. Dies führt dazu, dass bei ansteigenden Strompreisen und Energiedichten in Rechenzentren, die Nachfrage nach dementspechenden Systemen ansteigen wird ^[59].

8.2 Softwaremarkt

Der Softwaremarkt beschränkt sich eher auf Virtualisierungssoftware und Steuer- und Kontrollsoftware,wie das bereits erwähnte Power Management. ::Diese Software ermöglicht dem Betreiber eines Rechenzentrums sein Rechenzentrum effizient zu betreiben und gegebenenfalls schnelle Reaktion.

8.3 Servicemarkt

Die vorgeschlagenen und erläuterten Lösungsansätze in Green IT#Lösungsansätze und Möglichkeiten und deren Komplexität bedarf einer intensiven Planung und Vorbereitung. Diese Leistung kann durch spezialisierte Dienstleister erbracht werden. Die erwähnte Komplexität führt zu einem Anstieg an Beratungsleistungen und wird bei den Servicedienstleistern zu einer Anpassung ihres Beratungsportfolios führen.

9 Schlussbetrachtung

Green IT wird in Zeiten zunehmender Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von IT-Systemen immer wichtiger. Die knappe Verfügbarkeit von Ressourcen steigert deren Preise und macht umsichtiges wirtschaften mit diesen unausweichlich. Wenn nicht das steigende, durch die Herstellung, Entsorgung und den Betrieb von IT freigesetzte CO2-Volumen die Unternehmen dazu bringt, Green IT einzusetzen, so sollten es die Kundenwünsche tun. Dies zeigen Umfragen an der deutschen Bevölkerung und deren Bereitschaft, umweltverträglich hergestellte Produkte und Dienstleistungen entsprechend zu honorieren. Und bringen nicht die Kunden ein Unternehmen dazu Green IT einzusetzen, so könnte es die Konkurrenz, die erkennt, welche Kostenersparnisse und damit einhergehenden Wettbewerbsvorteile der sparsame Einsatz von Energie bringt.

Es gilt bei der Umsetzung von grünen Konzepten technische und organisatorische Probleme zu lösen. Es fehlt in Rechenzentren an Reportingprozessen und Mechanismen für die Kontrolle dedizierter Energieverbräuche. Aus diesem Grund sind den Systemverantwortlichen die anfallenden Energiekosten für ihre Systeme nicht bekannt, die Zusammensetzung der Betriebskosten nicht transparent. Um eine Sensibilisierung für diese Kosten herbeizurufen und in Folge dessen das damit einhergehende Einsparpotenzial zu realisieren, ist es zwingend nötig, die Energiekosten als separaten Posten der TCO bzw. in Form von Kennzahlen darzustellen. Die Art- und Darstellung des IT-Controllings wird jedoch in der Regel nicht von einem einzelnen IT-Systemverantwortlichen festgelegt sondern durch die Geschäfts- oder IT-Führungsebene. Um so wichtiger ist es, genau dort eine Sensibilisierung hervorzurufen.

Der ursprüngliche Impuls des unternehmensweiten Einsatzes von Green IT kann ausschließlich aus der Führungsebene erfolgen und muss von dort aus durch die Hierarchien kommuniziert werden. Der wirtschaftliche Umgang mit Energie sollte Bestandteil der IT-Strategie werden. Voraussetzung hierfür ist die Aufnahme von Kennzahlen, welche die Energiekosten der IT widerspiegeln, in die Berichterstattung des IT-Controllings.

Ein adäquates Mittel, Green IT in die IT-Strategie aufzunehmen, wären jährlich sinkende Budgets für Energiekosten auf Kostenstellen- oder Systemebene. Zudem könnten "grüne" Zertifizierungen für Hardware und feinstufige Klassifizierungen dieser, den IT-Verantwortlichen helfen, geeignete Komponenten für die ihnen auferlegten Energiekostenbudgets auszuwählen.

Es existiert kein allgemein gültiger Ablaufplan für die Umsetzung von Green IT. Jedes an der Umsetzung interessierte Unternehmen muss seine Verursacher für Energiekosten selbst identifizieren und für seine Anforderungen und Infrastruktur geeignete Maßnahmen zur Senkung der Energiekosten definieren. Die effektivsten bzw. vielversprechendsten Maßnahmen sind zum Einen der Einsatz von effizienterer Hardware wie beispielsweise Prozessoren und Netzteile. Optimierte Kühlungen von Komponenten oder ganzen Rechenzentren oder die Tolerierung von neuen Grenztemperaturen in Rechenzentren senken den Energieverbrauch erheblich. Die Kombination dieser Maßnahmen mit intelligenten Architekturen in Form von Serverkonsolidierung - insbesondere Virtualisierung - und Terminaltechnologien versprechen einen Höchstgrad an Energieeffizienz.

10 Fußnoten

1. ↑ Vgl. [RWEAG]
2. ↑ Vgl. [UMSICHT1] S. 19
3. ↑ Vgl. [IPCC] S. 38
4. ↑ Vgl. [Gartner1]
5. ↑ Vgl. [UMSICHT1] S. 14
6. ↑ Vgl. [DESTATIS]
7. ↑ Vgl. [GRUENE]
8. ↑ Vgl. [DESTATIS]
9. ↑ Vgl. [TCO]
10. ↑ Vgl. [UMSICHT1] S. 1-4
11. ↑ Vgl. [UMSICHT2] S. 6-7
12. ↑ Vgl. [BMU]
13. ↑ Vgl. [BITKOM1] S. 10
14. ↑ Vgl. [BITKOM1] S. 17
15. ↑ Vgl. [BITKOM1] S. 7
16. ↑ Vgl. [LAMPERTZ] S. 22
17. ↑ Vgl. [BITKOM1] S. 5
18. ↑ Vgl. [TUC]
19. ↑ Vgl. [BITKOM1] S. 10
20. ↑ Vgl. [EXPERTON]
21. ↑ Vgl. [GARTNER2]
22. ↑ Vgl. [BITKOM2] S. 25
23. ↑ Vgl. [BITKOM3] S.31
24. ↑ Vgl. [BITKOM3] S.25
25. ↑ Vgl. [BITKOM3] S. 7
26. ↑ Vgl. [BITKOM4] S. 25
27. ↑ Vgl. [TECCHANNEL1]
28. ↑ Vgl. [BITKOM3] S. 13
29. ↑ Vgl. [BITKOM3] S. 14
30. ↑ Vgl. [TECCHANNEL2]
31. ↑ Vgl. [BITKOM3] S. 13
32. ↑ Vgl. [BITKOM3] S. 19
33. ↑ Vgl. [EFFKUEHL]
34. ↑ Vgl. [BITKOM3] S. 20
35. ↑ Vgl. [CWOCHE1]
36. ↑ Vgl. [BITKOM2] S. 25
37. ↑ Vgl. [BITKOM2] S. 25
38. ↑ Vgl. [BITKOM2] S. 25
39. ↑ Vgl. [UMSICHT2] S. 13
40. ↑ Vgl. [UMSICHT2] S. 79
41. ↑ Vgl. [UMSICHT2] S. 21
42. ↑ Vgl. [UMSICHT1] S. 8-9
43. ↑ Vgl. [UMSICHT1] S. 8-9
44. ↑ Vgl. [UMSICHT2] S. 17
45. ↑ Vgl. [CWOCHE3]
46. ↑ Vlg.[BSI] S. 2
47. ↑ Vgl. [BORDERSTEP] S. 4
48. ↑ Vgl. [BORDERSTEP]
49. ↑ Vgl. [GREENGRID] S. 4
50. ↑ Vgl. [GREENGRID] S. 6
51. ↑ Vgl. [GREENGRID]
52. ↑ Vgl. [BITKOM3]S. 10
53. ↑ Vgl. [TUEV]
54. ↑ Vgl. [DEKRA]
55. ↑ Vgl. [BMU]
56. ↑ Vgl. [SPIEGEL]
57. ↑ Vgl. [UBA] S. 32
58. ↑ Vgl. [CWOCHE2]
59. ↑ Vgl. [UBA] S. 27

11 Literatur- und Quellenverzeichnis

[BITKOM1]	Wölpert, Ralph; BITKOM - Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V.; Energieeffiziente Rechenzentren – Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs im Rechenzentrum (11/2007); http://www.bitkom.org/files/documents/Woelpert_Energieeffiziente_Rechenzentren_.pdf (18.01.2009)
[BITKOM2]	Hintemann, Dr. Ralph; BITKOM - Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V.; Energieeffizienz-Analysen in Rechenzentren - Messverfahren und Checkliste zur Durchführung (11/2008); http://www.bitkom.org/files/documents/Energieeffizienz-Analysen_in_RZ_web.pdf (18.01.2009)
[BITKOM3]	Hintemann, Dr. Ralph; Pfahl, Dr. Stefanie; BITKOM - Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V.; Energieeffizienz im Rechenzentrum - Ein Leitfaden zur Planung, zur Modernisierung und zum Betrieb von Rechenzentren (2008); http://www.bitkom.org/files/documents/Leitfaden_Energieeffizienz_in_RZ_final_31072008.pdf (18.01.2009)
[BITKOM4]	Hintemann, Dr. Ralph; BITKOM - Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V.; Betriebssichere Rechenzentren - Leitfaden (11/2006); http://www.bitkom.de/files/documents/BITKOM-Leitfaden_Betriebssichere_ Rechenzentren.pdf (18.01.2009)
[BMU]	Kuckartz, Udo; Rädiker, Stefan; Rheingans-Heintze, Anke; Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU); Umweltbewusstsein in Deutschland 2006 - Ergebnisse einer repräsentativen Bevölkerungsumfrage (11.2006); http://www.erneuerbare-energien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_umweltbewusstsein.pdf (28.12.2008)
[BORDERSTEP]	Fichter, PD Dr. Klaus; Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit; Initiativen und Handlungsbedarf für energieeffiziente Rechenzentren; http://www.borderstep.de/pdf/V-Fichter-Initiativen_und_Handlungsbedarf_fuer_energieeffiziente_Rechenzentren-2007.pdf (18.01.2009)
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[TECCHANNEL2]	Tecchannel.de; IDG Business Media GmbH;Green IT: Energiesparende Klimatisierung in Serverräumen (01/2009); http://www.tecchannel.de/server/hardware/1769088/green_it_energiesparende_klimatisierung_in_serverraeumen/index3.html (18.01.2009)
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[UMSICHT1]	Weidner, Prof. Dr.-Ing. Eckhard; Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (2008); Ökologischer Vergleich der Klimarelevanz von PC und Thin Client Arbeitsplatzgeräten 2008; http://it.umsicht.fraunhofer.de/TCecology/docs/TCecology2008_de.pdf (20.12.2008)
[UMSICHT2]	Köchling, Christoph; Knermann, Christian; Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (2008); »PC vs. Thin Client« Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, Version 01.2008 (01/2008); http://cc-asp.fraunhofer.de/docs/PCvsTC-de.pdf (20.12.2008)