Mehr IT bei gleichem Verbrauch

Richtig ist: Unsere neue, digitale Welt braucht Strom. Viel Strom. Immer mehr Geräte haben einen Internetanschluss und derart verbunden, ziehen sie Energie nicht nur an ihrem eigenen Standort, sondern überall dort, wo der von ihnen erzeugte Datenstrom entlangfliesst: am heimischen Router, beim eigenen Internet Service Provider, am Internetknoten, beim Domain Name Server, beim Internet Service Provider der Zieladresse und schliesslich beim aufgerufenen Webserver – und dann noch einmal an all diesen Stationen auf dem Rückweg. Das sind mindestens 14 Stellen, an denen der Stromzähler läuft.

Ebenfalls richtig: Das Datenvolumen steigt. Letztes Jahr umfasste die globale Datensphäre über 40 Zettabyte, eine Vervierfachung auf 175 Zettabyte wird für 2025 erwartet. Zum Vergleich: Um 1 Zettabyte zu speichern, benötigt man 32 Milliarden iPads mit je 32 Gigabyte Storage. Mit so vielen Tablets liesse sich die Chinesische Mauer nachbauen.

Nicht richtig ist jedoch, was aus den beiden Fakten oft als gängige Meinung abgeleitet wird. «Wie Katzen-Videos einen Klimaalbtraum verursachen» war nur eine der Schlagzeilen, die jüngst zu lesen war. Es ging um den Stromverbrauch beim Streaming von Videos, wonach eine halbe Stunde Netflix schauen 1,6 Kilogramm CO2 verursache.

Die Nachricht basierte, wie viele andere, auf einer Studie des französischen Thinktanks «The Shift Project». Eine Studie, die weite Verbreitung fand – und laut dem Analysten George Kamiya von der Internationalen Energieagentur falsche Ergebnisse liefert. Kamiyas Berechnungen nach verursachen 30 Minuten Videostreaming sehr viel weniger CO2, nämlich zwischen 28 und 57 Gramm.

Grund für die Abweichung ist laut Kamiya: Der Thinktank habe mit fehlerhaften Grundannahmen kalkuliert. Teils würde die benötigte Energiemenge unterschätzt, beispielsweise, indem die Autoren vergassen, dass oft auf klassische TV-Geräte mit höherem Energiebedarf gestreamt werde. An anderer Stelle würden sie zu hohe Werte ansetzen, indem etwa mit unrealistisch hoher Auflösung gerechnet werde. Unterm Strich kommt die Energiebehörde auf 27- bis 57-mal weniger Energiebedarf als der Thinktank. Eine beeindruckende Diskrepanz, die zeigt: Nicht alles, was einleuchtend klingt, muss auch wahr sein.

Soviel zum einzelnen Anwender zu Hause auf der Couch. Aber wie sieht es mit der Gesamtrechnung aus? Um welchen Faktor steigt der globale Energiebedarf, den wir durch den Ausbau unserer digitalen Welt verursachen? Auf diese Frage liefert ein aktueller Artikel Antworten, der in einem der wohl renommiertesten Organe der wissenschaftlichen Welt erschienen ist, in Science. «Recalibrating global data center energy-use estimates» heisst der Beitrag des wissenschaftlichen Teams Eric Masanet, Arman Shehabi, Nuoa Lei, Sarah Smith und Jonathan Koomey.

«Mehrere oft zitierte, jedoch vereinfachende Analysen behaupten, dass sich der weltweit durch Rechenzentren benötigte Strombedarf innerhalb der zurückliegenden Dekade verdoppelt hat und dass ihr Strombedarf sich innerhalb der nächsten Dekade verdreifachen oder gar vervierfachen wird», schreibt das Autorenteam. Eine Annahme, die einleuchtend erscheint. Schliesslich haben wir ja auch immer mehr Geräte, mit denen wir immer mehr Dinge online tun, was im Artikel auch bestätigt und mit Zahlen belegt wird: Die weltweit installierte Speicherkapazität habe von 2010 auf 2018 um 26 Exabyte zugenommen, der Internetverkehr um 11 Zettabyte, die Rechenzentrums-Workloads und Computerinstanzen um 6,5 Millionen und die Zahl der Server um 1,3 Millionen. «Die Nachfrage ist gestiegen», kommentieren die Autoren diese Zahlen knapp.

Weiter heisst es in dem Paper: «Die gängige Meinung lautet: Mit dem Anstieg der Nachfrage nach Rechenzentrumsdienstleistungen steigt zwangsläufig auch der Strombedarf.» Aber dem sei nicht so. Das zeigen auch die Untersuchungen der Internationalen Energiebehörde (vgl. siehe Grafik).

Denn dem zunehmenden Hunger respektive Durst nach Energie stehen massive Optimierungen bei der IT-Technologie und beim Data-Center-Bau gegenüber. Um im Bild mit dem Durst zu bleiben: Wäre ein Rechenzentrum ein Glas Bier, ist anfänglich ziemlich viel Schaum darin. Doch genau wie nach einiger Zeit im Verhältnis mehr Bier als Schaum im Glas ist, ist die Energiedichte in Rechenzentren heute höher als noch vor einigen Jahren. Diese Optimierungen werden massgeblich von den professionellen Rechenzentrumsbetreibern erarbeitet (siehe Grafik oben). Zu ihnen gehören die Colocation-Anbieter. Spezialisten, bei denen sich alles um den sicheren und kostengünstigen Betrieb von Servern, Storage und Network dreht und die bei vielen Anwenderfirmen hoch im Kurs stehen, die früher ein eigenes RZ unterhielten oder dies teilweise noch immer tun.

Weil das ihr Kerngeschäft ist, müssen die Data-Center-Anbieter ganz genau wissen, wie viel Strom tatsächlich in den Betrieb der angeschlossenen IT fliesst – und wie viel in das ganze Drumherum, wie etwa in die Kühlsysteme.

Am Ende steht ein Wert namens Power Usage Effectiveness, kurz PUE. Der PUE zeigt anhand einer einfachen Zahl, wie effizient die Infrastruktur betrieben wird. Der Traumwert, eine 1, ist ein theoretischer Wert, ein Ziel, das nie erreicht werden kann und auf das doch alle hinarbeiten.

Bei einem PUE von 1,1 etwa fliesst 1 Megawatt in die IT des Data Centers und 0,1 Megawatt in begleitende Systeme wie die Kühlung. Beim Ideal-PUE 1,0 würden 100 Prozent des im Rechenzentrum verwendeten Stroms direkt in die IT fliessen. Gemäss Science ist der PUE in den vergangenen Jahren stetig gefallen. Und nicht nur der PUE ist laut Science heute besser, auch bei der Effizienz und der Auslastung der Rechenkapazitäten wurden in den vergangenen Jahren deutliche Verbesserungen vorgenommen. Und das sei der grundlegende Fehler, der bei bisherigen Berechnungen oft gemacht wurde: diese Optimierungen nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt zu haben.

Tatsächlich – und das dürfte viele, die sich in der Materie gut auszukennen glauben, sehr überraschen – ist der Energiebedarf zwischen den Jahren 2010 und 2018 gemäss Science um nur 6 Prozent gestiegen. Gleichzeitig aber ist die Zahl der Rechnerinstanzen um 550 Prozent angewachsen. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zufolge ist das «eine beachtliche Verbesserung». Vor allem, wenn man sie mit anderen energieintensiven Branchen wie beispielsweise der Luftfahrt vergleicht.

Daraus ergibt sich ein anderes Bild, als das oft in der Öffentlichkeit dargestellte. Wer seine IT umweltbewusst betreiben will, sollte also Colocation oder die Cloud ins Auge fassen.