Präsentation Adrian Altenburger, Professor für Gebäudetechnik und Energie, Hochschule Luzern – Technik & Architektur, Konferenz «Mehr Effizienz in Rechenzentren und Serverräumen» 25. September 2018, BERNEXPO, Bern

1. Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE
Prof. Adrian Altenburger
Instituts- und Studiengangleitung
adrian.altenburger@hslu.ch
Bern 19.09.2018
Brachliegende Potenziale ausschöpfen –
Energieeffizienz in Rechenzentren
Konferenz «Mehr Effizienz in Rechenzentren und Serverräumen»

2. Folie
AGENDA
- Ausgangslage
- Relevanz
- Effizienzsteigerung IT – Fokus Virtualisierung
- Effizienzsteigerung Infrastruktur – Fokus Kühlung
2, 19.09.2018

3. Folie
Ausgangslage – Global
3, 19.09.2018
Weltbevölkerung in Mrd./ Lebenserwartung in Jahren
1960: 3 50
2018: 7.5 70
2050: 9 76
2100: 11 ?
Quelle: HSLU – SWKI Forum 2018 / Georges T. Roos Referat Megatrends / UN Report 2017

4. Folie
Ausgangslage – Global
4, 19.09.2018
Quelle: HSLU – SWKI Forum 2018 / Georges T. Roos Referat Megatrends / WEF 2017 – Gartner Report
Das World Economic Forum
prognostiziert, dass 10% der
Wertschöpfung künftig über
Blockchain abgewickelt wird.

5. Folie
Ausgangslage – Schweiz
5, 19.09.2018
Die Energiestrategie 2050 hat mit
Bezug auf Rechenzentren zwei
massgebende Pfeiler:
Erneuerbare Energien und Effizienz

6. Folie
Relevanz Global
6, 19.09.2018
Quelle:Stanford University’s Steyer-Taylor Center for Energy Policy & Finance / opneflights.org 2016
Relevanz Global – CO2-Ausstoss RZ wie Flugverkehr

7. Folie
Relevanz Schweiz
7, 19.09.2018
Die Gesamtfläche aller Rechenzentren in der Schweiz mit 11 oder mehr Servern beträgt
235'000m2. Damit liegt die Schweiz im europäischen Vergleich auf Rang sechs.
In der Schweiz sind 1300 firmeninterne Rechenzentren in Betrieb, wobei 80% in
Grossunternehmen stehen. Bei den mittleren Unternehmen mit 50-250
Vollzeitangestellten haben lediglich 4% der Unternehmen ein eigenes Rechenzentrum.
Rund 150'000m2 Rechenzentrumsfläche werden von Drittanbietern zur Verfügung
gestellt. Damit liegt die Schweiz bei der Rechenzentren-Dichte auf Rang zwei hinter
Irland . Den externen Anbietern kommt damit eine wesentliche volkswirtschaftliche
Bedeutung bei der Versorgung der kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zu.
Quelle BFE/asut Studie 2014: https://www.newsd.admin.ch/newsd/message/attachments/36250.pdf
Relevanz Schweiz – Rang 2 in Europa (RZ-Dichte CoLo)

8. Folie
Potenziale - Typischer Energiefluss in Rechenzentren – 96% Verluste
8, 19.09.2018 Quelle BFE Studie 2015: https://www.newsd.admin.ch/newsd/message/attachments/40638.pdf

9. Folie
Effizienzsteigerung IT – Fokus Virtualisierung (Serverauslastung)
9, 19.09.2018
Quelle: BFE Studie 2015 / IBM
40.38%
28.47%
20.84%
10.32%
Server Netzwerk Storage Backup
Quelle: BFE Studie 2015 / In&Out
Typische Serverauslastung in RZ Typische Energieanteile IT in RZ

10. Folie
Effizienzsteigerung IT – Virtualisierung (Leistungsaufnahme in Abhängigkeit Auslastung)
10, 19.09.2018
Quelle: BFE Studie 2015 / IBM

11. Folie
Effizienzsteigerung IT – Virtualisierung (Lebenszykluskostenvergleich)
11, 19.09.2018
Zweck
Virt./Konsol.
IBM P7+
[CHF]
Konventionell
x86 Intel
[CHF]
Hardware inkl.3
Jahre Wartung 1'270'428 315'617
Software inkl.3 Jahre
Wartung 1'809'571 4'454'937
Stromkosten 3 Jahre 45'515 73'604
LAN/SAN 3 Jahre 24'000 174'000
Personalkosten 3
Jahre 660'000 1'320'000
SUMME 3'809'515 6'338'158
Relativ zu IBM P7+ +66%
Quelle: BFE Studie 2015, Kostenvergleich des Stromverbrauchs, TCO 3 Jahre
Rechen-
zentrum
Server
zuvor
Server
virtualisiert
Reduktion
der
Netzwerk-
anschlüsse
Server
Energie-
reduktion
Bank D
61 Server
345.6 kW
1 Server
14.7 kW
93% 96%
Bank CH
157
Server
332 kW
2 Server
45.4 kW
89% 86%
Detailhandel
250
Server
150 kW
2 Server
22.6 kW
95% 85%
Bank USA 45 Server 1 Server 92% 75%
Versicherung 4 Server 1 Server 50% 60%
Vergleich der Energieeinsparung durch virtualisierte Servern (Quelle: IBM)

12. Folie
Effizienzsteigerung Infrastruktur – Power Usage Effectiveness (PUE) mit Fokus Kühlung
12, 19.09.2018
Quelle: RMI DataCenter Charrette 2003, San Jose, CA / USA Quelle: Emerson Network Power, 2013

13. Folie
ASHRAE Standard setzt Voraussetzungen mit Committment IT-Industrie
13, 19.09.2018
Bild: RMI DataCenter Charrette 2003, USA
Empfohlene Luftein-
trittstemperatur am
IT-Equipment = 27°C

14. Folie
Klimatische Rahmenbedingungen Schweiz
14, 19.09.2018
Rackzuluft 27°C (ASHRAE 2008)
Adiabat gekühlte Aussenluft 22°C dT > 5K

15. Folie
Thermodynamische Folgerung & bauliche Konsequenz – 100% Freecooling / Einhausung
15, 19.09.2018

16. Folie
Referenz Umbau HSLU Enterprise Lab Horw – 100% Freecooling (PUE = 1.09)
16, 19.09.2018
5 Jahre Betriebserfahrung und Monitoring:
In 5 Jahren 110’000 CHF Stromkosten eingespart.

17. Folie
Referenz Neubau ÖKK Hauptsitz Landquart – 100% Freecooling (PUE < 1.2), TABS-Heizung
17, 19.09.2018
Win-Win-Resultat:
Energie = ca. -15'000 CHF/a*
Investition = ca. -250'000 CHF
* mit 15 Rp./kWhe
PUE < 1.2
Anteil Eek = 4%
PUE < 1.3
Anteil Eek = 14%

18. Folie
Referenz ETH Lugano CSDS – 100% Seewasserkühlung & Abwärmenutzung Gemeinde (WP)
18, 19.09.2018 Quelle: CSCS / ETH, November 2017

19. Folie
Weitere Potenziale – CPU-Kühlung und direkte Heizwärmenutzung (Pilot ETHZ, PUE = 1.15)
19, 19.09.2018
Quelle: ETHZ / IBM / A+W, 2010

20. Folie
Weitere Potenziale – Tauchsiedekühlung mit direkter Abwärmenutzung (PUE = 1.08)
20, 19.09.2018
IT-Komponenten in Flüssigkeit mit 61°C Siedetemperatur
Bilder HSLU Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE, RZ Lab 3M Attinghausen (2018)

21. Folie
Fazit
- Rechenzentren als System – disziplinäre Exzellenz und interdisziplinäres Verständnis notwendig
- Servervirtualisierung als treibender Parameter für die Gesamteffizienz (>90% bessere IT-Effizienz)
- PUE < 1.2 als Standard ohne Mehrinvestitionen möglich (>75% bessere Infrastruktureffizienz)
- HSLU forscht mit dem eigenen RZ Enterprise Lab (weitergehende F&E – Partner willkommen)
21, 19.09.2018

22. Folie 22, 19.09.2018
Infos & Anmeldung:
www.gebaeudetechnik-kongress.ch