Rechenzentren | Umweltbundesamt

Obwohl die Rechenzentren in der Digitalisierung eine zentrale Rolle einnehmen, liegen belastbare Informationen zum Energieverbrauch der Rechenzentren nicht vor. In der vom Branchenverband Bitkom im Auftrag gegebene Studie "Klimaschutz durch digitale Technologien – Chancen und Risiken" wurden verschiedene Studien verglichen, die den Beitrag der Rechenzentren an den weltweiten Treibhausgasemissionen für das Jahr 2020 abgeschätzt haben. Die untersuchten Studien kommen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen: Die Spannweite über den weltweiten Energiebedarf der Rechenzentren liegt von etwa 200 bis 1.000 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2020, was in etwa 100 bis 500 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalenten entspricht. Aufgrund dieser großen Datenunsicherheit ist eine klare Aussage über den weltweiten Energieverbrauch und die jährlichen Treibhausgasemissionen der Rechenzentren nicht möglich. Auf Basis dieser extremen ⁠Unsicherheit⁠ ist gezielte Umweltpolitik schwierig.

Auch wenn es bisher keine gesetzlichen Anforderungen an die Energie- und Ressourceneffizienz von Rechenzentren gibt, sollten Verantwortliche in den Rechenzentren trotzdem ihren Beitrag für mehr Klimaschutz leisten und auch aus eigenem Interesse (Energiekosten) ihren Strombedarf so gering wie möglich halten.

Die umweltverträgliche Gestaltung von Rechenzentren ist kein Selbstläufer

Die Energieeffizienz der Elektronikgeräte hat sich in den letzten Jahren aufgrund rechtlicher Anforderungen deutlich verbessert. Leider gilt das nicht für Rechenzentren. Es reicht nicht aus, nur die Technik energieeffizienter zu designen, sie muss auch effizient genutzt werden. Wenn ein leistungsstarker und energieeffizienter Multi-Core-Server bei einem permanent niedrigen Lastzustand betrieben wird, verbraucht er mehr Energie als ein weniger leistungsstarker Server bei gleicher oder höherer Auslastung.

Steigenden Energieverbrauch durch schlecht ausgelastete Technik können wir uns genauso wenig leisten, wie wertvolle Rohstoffe durch extrem schnelle Erneuerungszyklen und überdimensionierte Informationstechnik zu vergeuden. Intelligente Lösungen und gute Konzepte wirken der Verschwendung von Energie und Rohstoffen entgegen.

Mit den richtigen Kennzahlen zur Effizienzsteigerung

Um Energieeffizienzpotenziale in den Rechenzentren zu erschließen und die Wirkung von Maßnahmen zu prüfen, braucht es Kennzahlen. Es gibt eine Reihe von Kennzahlen, die im Rechenzentrum angewendet werden, die jedoch nicht geeignet sind, die Energieeffizienz eines gesamten Rechenzentrums zu bewerten. Die Power Usage Effectiveness (⁠PUE⁠) ist eine Kennzahl, die sehr häufig verwendet wird. Um den PUE-Wert zu berechnen, teilt man den gesamten Energieverbrauch des Rechenzentrums – inklusive Gebäudetechnik wie Klimatisierung und so weiter – durch den Energieverbrauch der Informationstechnik. Die Kennzahl PUE wird oft fälschlich als Maßzahl für die Energieeffizienz eines Rechenzentrums bezeichnet, obwohl damit lediglich Aussagen zur Energieeffizienz der Gebäudetechnik möglich ist.

Wenn der PUE-Wert als Maß für die Effizienz herangezogen wird, werden die größten Energieverbräuche eines Rechenzentrums, nämlich die der Informationstechnik, außer Acht gelassen. Die Abbildung stellt am Beispiel von drei untersuchten Rechenzentren (RZ) dar, welche Teilbereiche in welcher Weise zur Umweltbelastung beitragen. In allen Umweltbereichen und bei allen RZ haben die Server den höchsten Anteil an den Gesamtumweltbelastungen, wogegen der Anteil der Gebäudetechnik nur zwischen 15 % und 30 % liegt. Die Kennzahl PUE sollte deshalb nicht als Maß zur Beurteilung der Energieeffizienz eines Rechenzentrums verwendet werden.

Das Umweltbundesamt (⁠UBA⁠) hat das Kennzahlensystem Key Performance Indicators for Data Center Efficiency (⁠KPI4DCE⁠) entwickelt, mit dem die Energie- und Ressourceneffizienz eines Rechenzentrums erstmals ganzheitlich und richtungssicher bewertet werden kann. KPI4DCE umfasst den gesamten Lebenszyklus der Informationstechnik und der technischen Versorgungsstruktur im Rechenzentrum. Darüber hinaus wird die Leistung des Rechenzentrums, wie die Rechen-, Speicher- und Übertragungsleistung, ins Verhältnis zum Energie- und Rohstoffaufwand gesetzt. Mit KPI4DCE steht seit 2018 endlich ein Indikatoren-Set zur Verfügung, mit dem Aussagen zur Umweltperformance von Rechenzentren möglich sind.

Durch die vom UBA entwickelte Methode KPI4DCE kann sichtbar gemacht werden, in welchen Bereichen des Rechenzentrums (Server, Storage, Netzwerktechnik, Gebäudetechnik) die Optimierungspotenziale liegen. Bei der Erhebung der tatsächlichen Betriebsdaten in Rechenzentren wird deutlich, dass Server, Speichersysteme und Datennetzwerke in der Praxis unzureichend ausgelastet sind. Die Feldmessungen haben ergeben, dass im ineffizientesten der drei untersuchten Rechenzentren zehnmal mehr Treibhausgasemissionen pro Rechenoperation emittiert werden als notwendig und es wurde deutlich, dass Server, Speichersysteme und Datennetzwerke in der Praxis nur wenig ausgelastet sind. Das bedeutet, dass IT-Ressourcen ungenutzt sind und Energie im Leerlauf verbrauchen, ohne dass sie Rechenleistung erbringen.

Zwei starke Blaue Engel für zukunftsfähige Rechenzentren

In den Rechenzentren sind erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen möglich. Das ⁠UBA⁠ setzt sich seit vielen Jahren dafür ein, diese Einsparpotenziale zu heben.
Zu diesem Zweck zeichnen wir bereits seit 2012 energie- und ressourcenschonende und kosteneinsparende Rechenzentren mit dem Umweltzeichen „Blauer Engel“ aus (siehe dazu Umweltzeichen DE-UZ 161). Seit 2020 können nun auch Colocation-Rechenzentren mit dem Blauen Engel ausgezeichnet werden (siehe dazu Umweltzeichen DE-UZ 214). Mit diesem Blauen Engel werden Rechenzentren ausgezeichnet, die Rechenzentrumsfläche als Dienstleistung anbieten.