Green IT in der Wissenschaft

Energieeffizienz am Universitätsrechenzentrum Heidelberg

Ohne moderne Rechenzentren gäbe es kein Internet, keine digitale Telekommunikation, keine Big Data-basierte Wissenschaft. Auch wenn man sie bei der Arbeit am PC oder dem Griff zum Smartphone nicht unmittelbar wahrnimmt, sind Rechenzentren inzwischen ein integraler Bestandteil des Alltags und auch der universitären Forschung geworden. Bei all ihrer Nützlichkeit haben sie jedoch einen großen Nachteil: Sie verbrauchen sehr viel Strom.

Projektsteckbrief

Ansprechpartner:

Dr. Martin Baumann
E-Mail: it-service@uni-heidelberg.de
Telefon: 06221/54 117

Mit Blick auf den Umweltschutz, aber auch auf die Wirtschaftlichkeit, ist es daher für die Betreiber von Rechenzentren unerlässlich, die Energieeffizienz ihrer Einrichtungen zu verbessern. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Universitätsrechenzentrums (URZ) Heidelberg arbeiten daher schon seit mehreren Jahren kontinuierlich daran, den Stromverbrauch in ihren Maschinenräumen mit Hilfe neuer Technologien so gering wie möglich zu halten.

Temperatursensoren im Härtetest – Foto: Dr. Martin Baumann

Auf die Gesamtbilanz kommt es an
Gerade wissenschaftlich genutzte Supercomputer benötigen oft so viel Energie, dass bereits während ihrer Abschreibungszeit die Stromkosten die ursprünglichen Investitionskosten überholen können. Dabei ist der Stromverbrauch der Rechner nicht das einzige Problem. Wissenschaftliche Hochleistungsrechner wie die des URZ führen zwar besonders komplexe und damit leistungsintensive Berechnungen durch, im Hinblick auf die Energieeffizienz schlägt jedoch noch ein weiterer Faktor zu Buche: die Abwärme. Großrechner unter Last müssen kontinuierlich gekühlt werden. Dies geschieht klassischerweise mit Hilfe von Klimageräten, die in der Gesamtenergiebilanz eines Rechenzentrums einen erheblichen Anteil des Verbrauchs ausmachen.

Am URZ Heidelberg hat man sich daher bei der Planung neuer Maschinenräume im Jahr 2013 dazu entschlossen, auf energiehungrige Klimageräte zu verzichten und ein passives Kühlsystem aufzubauen. Durch eine Verbindung aus Wasser- und Luftkühlung wird die Abwärme der Hardware kontinuierlich nach außen transportiert und der Energieaufwand für die Klimatisierung so auf ein Minimum reduziert. Für dieses Konzept wurde dem URZ im Rahmen der Verleihung des Deutschen Rechenzentrumspreises 2014 der zweite Platz in der Kategorie „Energie- und ressourceneffiziente Rechenzentren“ zugesprochen.

Schematische Darstellung der Luftströmungen – Bild: Zihan Liu

Energieeffizienz als Daueraufgabe
Seither arbeiten die Expertinnen und Experten am URZ daran, die Energieeffizienz der Hochleistungsrechner weiter zu optimieren. So soll mit Hilfe mathematischer Verfahren aus der energiebewussten Numerik der Verbrauch weiter gesenkt werden, ohne die Rechenleistung zu beeinflussen. Durch regelmäßige Tests neuer Hardware und Rechnerarchitekturen werden Ideen und Konzepte für zukünftige Systeme erarbeitet. Und auch im Rahmen studentischer Projekte werden neue Maßnahmen und Technologien zur Verbesserung der Energieeffizienz entwickelt.

Unter Anleitung von URZ-Servicebereichsleiter Dr. Martin Baumann konnten die Studierenden Sotirios Nikas, Fabian Gebhardt und Zihan Liu eine spezielle Sensorik zur Analyse der Kühlsituation in den Server-Racks und ein optimiertes Strömungsmodell entwickeln. In jedem Rack werden dabei mehrere Sensoren angebracht, um die Temperatur und zukünftig auch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu messen bzw. zu berechnen. Die so gesammelten Daten erlauben es, die verschiedenen Strömungen in den Rechnerschränken sichtbar zu machen und so die Kühlung mit Hilfe numerischer Simulationen weiter zu optimieren.

Das Thema Energieeffizienz ist für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Universitätsrechenzentrums Heidelberg inzwischen zu einer Herzensangelegenheit geworden. Sie möchten mit ihrer Arbeit demonstrieren, dass der digitale Wandel in Bildung und Wissenschaft ökonomisch sinnvoll und gleichzeitig umweltfreundlich vollzogen werden kann.