Nachhaltigkeitsstudie von Pure Storage Energieverbrauch in Rechenzentren minimieren

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Angesichts steigender Umweltauflagen denken Rechenzentrumsbetreiber um: Energieverbrauch und Kohlendioxidausstoß werden zu wichtigen Kaufkriterien neben der Leistung. Hersteller, die Nachhaltigkeit schon beim Design mitdenken, haben die Nase vorn.

Wie nachhaltig kann Hardware sein, wenn sie entsprechend entwickelt wird? Und wie wichtig ist Nachhaltigkeit heute in den IT-Abteilungen? Das treibt derzeit den Datacenter-Spezialisten Pure Storage um und präsentiert die Ergebnisse seiner Studie „Sustainability Impact Survey“.

• 2020 türmte sich im Lauf des Jahres ein Datenberg von sagenhaften 200 Zettabyte (ZB) weltweit auf.

• Im Jahr 2025 sollen jeden Tag 463 Exabyte Daten neu entstehen.

• Außerdem wird im Jahr 2025 jeder Mensch alle 18 Sekunden Kontakt zu einem Rechenzentrum haben.

• Und laut IDC erzeugte die IT vier Prozent der globalen Treibhausgase – das ist mehr als die Luftfahrt. Tendenz steigend.

Priorität ohne Konsequenzen

In Deutschland bezeichneten 73 Prozent der Umfrageteilnehmer Nachhaltigkeit als wichtige Priorität ihres Unternehmens. 52 Prozent gaben an, die festgelegten Ziele sollten in drei bis sieben Jahre erreicht werden. Dazu gehörte aber nur bei einem Viertel der Befragten die Kohlendioxid-Neutralität. Und nur 42 Prozent gaben an, sich in Übereinstimmung mit ihren Plänen voranzubewegen.

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Bei 39 Prozent der Befragten hängt die IT ihren Zielen eher hinterher. 49 Prozent gaben an, die Nachhaltigkeit der Infrastruktur werde übersehen oder nicht wirklich ernst genommen.

Was das bedeutet, zeigt sich an einem dritten Wert: 77 Prozent gaben an, dass bei IT-Beschaffungsentscheidungen das Nachhaltigkeits-Management erst einbezogen wird, wenn die Entscheidung bereits getroffen ist. Dann nützt es aber nichts mehr, gegen überdimensionierte oder unnötig stromfressende Systeme zu protestieren.

IT frisst mehr und mehr Energie

Und auch zwei weitere Ergebnisse setzen die IT in ein ungutes Licht,was Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit angeht: 76 Prozent der Umfrageteilnehmer waren überzeugt, dass sich Nachhaltigkeit nur durch Energiesparen erreichen lasse. Gleichzeitig gaben aber 73 Prozent an, sie gingen davon aus, dass IT-Systeme auch weiterhin mehr Energie verbrauchen würden (siehe: Bildergalerie).

Dieser Entwicklung könnten die rasant steigenden Energiepreise allerdings ein rasches Ende bereiten. Denn kaum ein Unternehmen hat unbegrenzte Mittel. Das heißt: Energiesparen wird wichtiger. Markus Grau vom Büro des Pure-Storage-CTO: „Heute werden bei Ausschreibungen auch Werte wie Terabyte pro Watt oder Watt pro Stellfläche abgefragt, nicht mehr nur die Leistung.“

Gerade IT-Firmen und Cloud-Provider allerdings tragen schon länger mit besonderer Vehemenz grüne Fähnchen vor sich her. Kein Wunder, soll Digitalisierung doch allgegenwärtig werden. Es wäre also schlecht, wenn sie sich als besonders unersättlicher Energiefresser erwiese.

So möchte Microsoft in wenigen Jahren sogar eine Kohlendioxidbilanz aufweisen, die der Atmosphäre den Stoff entzieht. Pure Storage ist da bescheidener, liefert aber immer noch erstaunliche Zahlen: Man habe, so steht es im ESG-Bericht (Enterprise, Social, Governance) für das Jahr 2021, durch Direct-Flash-Technik und das Evergreen-Vertriebs- und Wartungsmodell mit seinen Austauschkomponenten auf der Produktseite 80 Prozent eingespart. Und dies ganz ohne Zertifikate.

Transparenz in den Lieferketten

Bis 2030 möchte Pure Storage seine Scope-1- und -2-basierenden Emissionen um die Hälfte reduziert haben. Darunter sind Emissionen durch eigene Aktivitäten im Geschäftsbetrieb zu verstehen. Die Emissionen, die aus den verkauften Produkten und ihrer Lieferkette resultieren, möchte Pure bis 2030 um zwei Drittel pro Petabyte reduzieren. Das sei, so Grau, harte Arbeit, da die tieferen Stufen der Lieferketten oft sehr verästelt und schwer zu erfassen seien (siehe Bildergalerie, Abbildung 6)

Drei Themen sind dafür vor allem verantwortlich: mehr Energieeffizienz by Design, Elektroschrottvermeidung und ein nachhaltiger Betrieb respektive entsprechendes Lebenszyklus-Management.

Sorgfältige Designentscheidungen und innovative Software

Gerade beim Design kann man offensichtlich viel verkehrt, aber auch viel richtig machen. „Wir haben den Fokus von Anfang an auf die Packungsdichte und Software-Innovationen gesetzt“, erläutert Grau. Das bedeutet unter anderem, dass die Hardware der Systeme bis auf grundlegende Komponenten selbst designt wurde. Dieser Entscheidung fiel die sonst üblichen SSD-Controllersoftware auf Ebene der Module zum Opfer.

„Das Modul ist meist eine Blackbox, was viel Überkapazität und damit mehr Stromverbrauch bedeutet", führt Grau aus. Pure habe es anders gemacht: Ein zentraler Controller im System hat jede einzelne NVMe-SSD im direkten Zugriff und unter Kontrolle. Dadurch werden keine Reservekapazitäten benötigt: Sie kosten Geld und verbrauchen Energie.

Außerdem ermöglicht diese proprietäre Technologie effektivere Schreibvorgänge mit konstanter Leistung und verlängert die Lebensdauer, da doppelte Schreibvorgänge beim Schreiben, sonst bei Flash-Medien durchaus üblich, entfallen.

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Außerdem lassen sich mit Pures Technologien QLC (Quad-Level Cells, also Zellen mit vier Speicherplätzen) für Enterprise-Storage verwenden, was Pure konsequent umsetzt. Inzwischen sind sämtliche Produkte mit QLC ausgerüstet. Das erhöht nicht nur die Kapazitäten, sondern spart auch Platz. Leistungsverluste sind damit nicht verbunden. Weiter ist die Datenreduktion immer eingeschaltet, was die Speicherkapazitäten optimiert.

Platzsparende Speicherlösung

Das führe zu einer sehr hohen Dichte: So passe auf drei Höheneinheiten 1 PB. Mit Datenreduktion kann derselbe Raum sogar 3 PB aufnehmen. Ein 2,5-Zoll-Einschub nimmt 48 TB Kapazität auf.

Insgesamt führt das zu beträchtlichen Einsparungen bei der Energie. Verglichen mit einem funktional ähnlichen, aktuellen Konkurrenzsystem braucht ein „Pure FlashArray//XL70“ rund 80 Prozent weniger Energie für Rechnen und Kühlung (siehe: Abbildung).

Zum effektiven Kühlen gehört auch die Verwendung von kleineren Lüftern, die eine bessere Energieeffizienz aufweisen. Ein Umstieg auf Wasser- oder Flüssigkühlung ist aber vorläufig nicht vorgesehen. Heute zieht ein vollgepacktes Rack mit Pure Storage Appliances je nach System zwischen 14 und 16 kW und liegt damit an der oberen Grenze dessen, was mit Luftkühlung erreichbar ist.

Sollten die Werte dabei also nach oben gehen, sollen die Kunden dennoch nicht gezwungen werden, auf die Vollbelegung der Geräteschränke zu verzichten. Zwar strebt Pure Storage vorläufig weiter nach dem bislang eingehaltenen Ziel, alle Metriken bis auf den Stromverbrauch möglichst zu steigern. Der Energieverbrauch soll dabei aber konstant bleiben. Das sei, versichert Grau, bislang gelungen.

Module tauschen

Eine weitere Methode, Verschleiß und finanziellen Aufwand gering zu halten, verbirgt sich hinter der Bezeichnung Evergreen, das Storage-as-a-Service-Angebot des Herstellers. Dabei kann ein einmal bereitgestelltes System bei Bedarf durch aktuellere oder größere Komponenten aufgewertet werden. Da das Chassis nicht ausgewechselt werden muss, werden Umwelt entlastet und Ressourcen geschont.Zudem beschert das Konzept den Systemen eine längere Standzeit – fünf bis zehn Jahre für ein und dasselbe Chassis. Grau führt aus: „Über 90 Prozent unserer Hardware ist nach sechs Jahren noch im Einsatz.“

Außerdem habe man auf einen Großteil von Transceiver (eine Kombination aus Sender und Empfänger) verzichtet – früher sei eine hohe Anzahl ein Synonym für Leistung gewesen, wirft Grau ein – und habe damit Kabel gespart. Beispielsweise brauche man für den Anschluss eines neuen Pure-Storage-Systems nur sechs Kabel, weil es keine unzähligen Transceiver gibt, die jeweils für sich verkabelt werden müssen. „Dafür musste allerdings die Software angepasst werden", erläutert Grau.

Software zeigt Kisten im Leerlauf

Bei größeren Speicherinstallationen mit vielen Knoten erweist sich zudem die Datenmanagement-Software „Pure1“ als segensreich. Sie zeigt unter anderem an, wenn einzelne Knoten leer laufen.

Dann sollte man sie entweder mit Daten beladen oder aber abschalten, um nicht unsinnig Strom zu vergeuden. Die Software ermöglicht auch eine insgesamt sinnvolle Datenverteilung auf die einzelnen Ressourcen.

Schließlich bietet Pure Storage seinen Kunden auch an, die Systeme vor Ort oder beim Co-Location-Betreiber, aber durch Pure Storage verwaltet, zu nutzen.

Der Service Pure1 bietet Systemen, die das Ende ihrer Lebensdauer beim Kunden erreicht haben, eine zweite Chance: Sie laufen dort weiter.

Hat Pure die Regie, müssen die Systeme auch nicht mehr bei den früher üblichen geringen Temperaturen laufen. Erlaubt sind bis zu 35 Grad Celsius, was die Kühlnotwendigkeiten herabsetzt.

Fertigung nah beim Kunden

Weitere Maßnahmen von Pure-Stogage, um den Kohlendioxidausstoß und den Energieverbrauch zu reduzieren, betreffen die Fertigung. Gebaut wird möglichst in der Nähe der Anwender, damit Lieferwege so kurz wie möglich ausfallen – für Europa beispielsweise in Tschechien.

Dennoch strebt der Hersteller auch für das Jahr 2040 noch keine komplette Kohlenstoff-Neutralität an, so jedenfalls der ESG-Bericht. Doch das muss nicht das Ende der Fahnenstange sein.

Markus Grau: „Das ist unser erster ESG-Bericht, und wir arbeiten intensiv weiter an dem Thema.“ Wenn Energie- und Zertifikatskosten sowie regulatorische Anforderungen an die IT weiter steigen, dürfte das neben dem guten Willen ein zugkräftiger weiterer Motor für die Nachhaltigkeitsbemühungen von IT-Herstellern und -Anwendern sein.

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