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Kommunikation und Stromverbrauch

Serverfarmen und die Infrastruktur für die Kommunikation avancieren zu den grössten Stromverbrauchern weltweit. Damit smarte Techniken, basierend auf IoT jederzeit und überall über aktuelle Daten verfügen, sind heute fernab vom eigentlichen Geschehen Cloud-Lösungen und zahlreiche Rechenzentren aktiv. Wie lässt sich der Strombedarf reduzieren, beziehungsweise die Abwärme der Server sinnvoll nutzen?

Rudolf BolligerRudolf Bolliger5 min

Das Internet ist auf Server angewiesen, die rund um die Uhr und 365 Tage im Jahr in Betrieb sind. Jede Datei wird über verschiedene Server geleitet, Suchanfragen müssen verarbeitet und Dateien gespeichert werden. Alle diese Abläufe verbrauchen Energie und es entsteht Wärme. Damit grosse Serverfarmen störungsfrei laufen, werden die Räume klimatisiert und bei konstanten 22 bis 25 °C gehalten.
Die Geschäftsmodelle von Google, Amazon, Apple, Microsoft, Facebook, Netflix, Spotify und vielen weiteren Firmen basieren auf Cloud-Diensten. Möglich wird dies alles aber erst durch ihre Rechenzentren. Die Daten werden nicht mehr nur auf dem eigenen Computer oder Smartphone gespeichert, sie liegen zum Grossteil auf globalen Servern. So entsteht ein rasanter Datenverkehr rund um die Uhr. Allein auf Google prasseln jede Minute 3,8 Millionen Suchanfragen ein. Eine Anfrage verbraucht etwa 0,3 Wattstunden Strom. Hochgerechnet entspricht dies bereits bei 20 Anfragen dem Verbrauch einer LED-Lampe mit 6 Watt während einer Stunde.

Nach einer Studie des Thinktanks ‹The Shift Project› läge das Internet – wäre es ein Staat – auf Platz sechs in Sachen Energieverbrauch.

Nach Schätzungen ist das Internet für etwa 1,5 Prozent des globalen Ausstosses von Treibhausgasen verantwortlich und benötigt rund 6 Prozent des weltweit produzierten Stroms. Während weltweit der Energieverbrauch im Verhältnis zur Produktivität um etwa 1,8 Prozent jährlich zurückgeht, steigt er im digitalen Bereich um 4 Prozent pro Jahr.

Sparen Cloud-Dienste Energie?

Seit Jahren findet eine massive Verlagerung von Dienstleistungen in die Cloud statt. Es ist gemäss Experten davon auszugehen, dass diese Entwicklung weitergeht. Lange Zeit wurden in Cloud-Lösungen grosse Hoffnungen gesetzt. Technisch anspruchsvolle Berechnungen sollten auf Servern bearbeitet werden, während die Nutzer nur das Ergebnis streamen. So sparen sich beispielsweise Unternehmen die grossen Rechenkapazitäten, während grosse Serverfarmen die Berechnungen effizienter und schneller durchführen können. Mittlerweile mahnen Studien jedoch, dass die Cloud-Dienste durch den hohen Datenverkehr im Netz keine Energie einsparen werden. Dass Elektronik immer effizienter wird, ändert daran wenig. Denn stets kommen auch neue Nutzungsmöglichkeiten hinzu, wie beispielsweise das Streamen von Videos und Musik.

Streaming steigert Energiehunger

Cloud- und Streaming-Dienste lassen die Datenmengen anwachsen und machen immer grössere Serverfarmen nötig. Innerhalb von fünf Jahren ist ihr Anteil am Energieverbrauch von 15 auf 21 Prozent gestiegen. Das Streaming von Videos ist für über 80 Prozent der Zunahme des Datenverkehrs im Internet verantwortlich. Mitglieder von Facebook laden nach Schätzungen alle 60 Sekunden etwa 243'000 neue Fotos hoch. Der Musikdienst Spotify muss in der Minute 1,5 Millionen Lieder streamen.
Studien gehen davon aus, dass pro Gigabyte Datenverkehr 6 Wattstunden Energie verbraucht werden. Für eine Stunde Netflix bei Full-HD-Auflösung werden zirka drei Gigabyte Daten verbraucht – eine 6-Watt-Lampe kann mit dieser Energie rund 3 Stunden brennen. Bei den Aussagen über die Energie pro Gigabyte gehen die Angaben teils markant auseinander. Dies hängt mit der jeweils gewählten Systemgrenze zusammen – das heisst, ob man die reine Datenübertragung via Netzwerke betrachtet, oder auch die Endgeräte wie PCs, Tablets und Smartphones mit einbezieht.

Smartphone-Emissionen

Bei jeder Textnachricht, jedem Telefonat und bei jedem Up- oder Download eines Videos ist ein Datenzentrum beteiligt, das diese Kommunikation überhaupt erst ermöglicht. Im Januar 2007 wurde das iPhone vorgestellt und im November gleichen Jahres in Europa auf den Markt gebracht. Dieses liess sich erstmals rein über einen Touchscreen bedienen. Heute besitzt schätzungsweise jeder dritte Mensch auf der Welt ein Smartphone, entsprechend rund 2,5 Milliarden, Tendenz steigend.

Gemäss Experten dürften Handys ab dem Jahr 2020 unter allen Geräten der Informationstechnik die meisten Emissionen verursachen.

Zwar verbrauchen sie während der Nutzung nur wenig Energie. Dies obschon sie mit ihren relativ grossen Displays und zahlreichen Funktionen täglich geladen werden müssen. Bei Smartphones fallen rund 85 Prozent der Gesamtemissionen bei der Produktion an. Dies liegt daran, dass Werkstoffe wie Seltene Erden verwendet werden. Diese werden mit hohem energetischem Aufwand im Tagebau gefördert. Sie kommen im geförderten Material nur in Spuren vor und müssen vom Rest mit hohem Energieaufwand getrennt werden. Aus diesen Gründen lässt sich am meisten Energie sparen, wenn Handys länger genutzt werden.

Energiebedarf des Internet of Things

Das Internet der Dinge (IoT) steht für die Verknüpfung von Geräten und Alltagsgegenständen mit der Cloud. Dabei geht es heute auch um Geräte, an die bis anhin kaum jemand gedacht hat, von der Bohrmaschine bis zur elektrischen Zahnbürste. Analysten gehen davon aus, dass 2020 weltweit bereits rund 50 Milliarden vernetzter IoT-Knoten vorhanden sind – etwa sechs pro Person im Schnitt. Die smarten Geräte gelten bei den einen als Hoffnungsträger, um Prozesse und Abläufe effizienter zu machen, bei den andern als Stromfresser.
Es ist vor allem die rasante Verbreitung der Geräte, die das Gesamtenergiebudget wesentlich erhöht. Alleine zum Senden und Empfangen von Daten ist der Energieverbrauch vergleichsweise niedrig. Es wird aber sicherlich eine der Hauptbestrebungen der Hersteller sein, den Standby-Verbrauch zu reduzieren. Zudem ist das Internet der Dinge abhängig von einer weltweit funktionierenden Server- und Netzwerkinfrastruktur.

Effizienzpotenziale bei Rechenzentren

Serverräume und Rechenzentren gehören zum IT-Herzstück von Unternehmen. Hier laufen zahlreiche Anwendungen und kritische Unternehmensdaten sind gespeichert. Auch der Kundenkontakt findet vorwiegend über das Internet oder die Cloud statt. Serverräume und Rechenzentren sind in der Schweiz für  rund 3 Prozent des gesamten Stromverbrauchs oder 1,7 Terawattstunden verantwortlich. Das Stromsparpotenzial liegt gemäss Studien und Experten bei rund 50 Prozent:

  • 17 Prozent des heutigen Gesamtstromverbrauchs von Serverräumen und Rechenzentren lassen sich bei der technischen Infrastruktur wie unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) oder Kühlung einsparen – rund 280 GWh.
  • 33 Prozent zusätzlich können eingespart werden, wenn IT-seitige Effizienzpotenziale (beispielsweise neue Speichertechnologien oder Virtualisierung) mit einbezogen werden.

Die Kampagne «Weniger Strom, mehr Effizienz in Serverräumen und Rechenzentren» soll Unternehmern und IT-Entscheidern aufzeigen, wie und wo sich Energie einsparen lässt. Die Kampagne wurde durch den Schweizerischen Verband der Telekommunikation asut mit Unterstützung von EnergieSchweiz, EKZ und zahlreichen Partnern aus der Privatwirtschaft realisiert.
Verschiedene Online-Tools der Kampagne helfen, Massnahmen zu ermitteln und umzusetzen – ein Massnahmenkatalog bietet eine detaillierte Übersicht. Es finden sich Tipps zu Kühlung, Wärmenutzung bis hin zu Energiesparfunktionen oder der Hardwarekonsolidierung. Bei der Kühlung der Server sollte künftig konsequent auf Wasserkühlung gesetzt werden, damit sich die Abwärme effizient nutzen lässt. Die öffentliche Hand, Standortgemeinden oder Arealbetreiber sollten in Zukunft eng mit den Rechenzentren-Betreibern zusammenarbeiten, um die Abwärme mittels Wärmeverbünden zu nutzen. Denn trotz aller Effizienzsteigerungen wird die zunehmende Digitalisierung auch künftig zu einem erheblichen Energieumsatz bei Rechenzentren führen.

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