Arm-Architektur revolutioniert Rechenzentren

Bamboo Systems, ein Startup für Rechenzentren, kündigte an, dass seine auf der Arm-Architektur basierende Server-Plattform um zu 74 Prozent energieeffizienter sind als x86-Server.

Die Arm-Architektur, die für ihre Verwendung in Smartphones bekannt ist, ist nicht nur auf Server anwendbar, sondern in vielen Fällen auch besser als x86-Systeme. Dem Startup zufolge sind die Arm-Systeme herkömmlichen Servern vor allem im Bereich der Energieeffizienz überlegen. Allerdings konnten sie bis vor kurzem nicht die Performance liefern, die für die Workloads in Rechenzentren erforderlich ist.

Doch jetzt hat sich das Szenario geändert, wie Bamboo angab. Um dies zu demonstrieren, beschrieb das Startup die Auswirkungen auf die CO2-Produktion eines hypothetischen Rechenzentrums, wenn es auf Server mit Arm-Architektur umsteigt. Das Unternehmen entwickelte ein Modell, um die verschiedenen Faktoren zu analysieren, die zum Energieverbrauch eines mittelgroßen Rechenzentrums mit 750 Racks mit herkömmlichen 1U-Servern beitragen. Zum Vergleich wurden in einer Umgebung Bamboo-Server mit Arm-Prozessoren eingesetzt, während in einer zweiten Umgebung Dell-Server mit x86-Architektur verwendet wurden.

Die von den Bamboo-Servern erzielten Einsparungen wurden anschließend berechnet und in reduzierte CO2-Emissionen umgerechnet. Bamboo zufolge zeigt das Modell, dass Rechenzentren, die die Arm-Architektur verwenden, den CO2-Ausstoß um 74 Prozent reduzieren können, was fast einer halben Million Barrel Öl entspricht.

Nur 1 %, doch sie wollen noch weniger

Die Einsparung von Energie, die Nutzung erneuerbarer Ressourcen und einen Beitrag zur Reduzierung der Auswirkungen des Klimawandels zu leisten, sind zentrale Themen in den Debatten der unterschiedlichsten Branchen. Warum also sollte das nicht auch in der Welt der Rechenzentren der Fall sein?

Nach konservativen Schätzungen der Internationalen Energieagentur (IEA) wurde nur 1 % der gesamten weltweiten Stromproduktion von Rechenzentren verbraucht – ein Anteil, der seit etwa einem Jahrzehnt konstant geblieben ist, selbst mit der steigenden Arbeitslast in Rechenzentren und der Zunahme des Internetverkehrs in den vergangenen Jahren. Daraus lässt sich ableiten, dass es eine signifikante Zunahme an Energieeffizienz gegeben hat, die dazu beigetragen hat, die Erhöhung des Energiebedarfs in diesen Umgebungen zu begrenzen.

Nach Aussage der IEA haben neben der Miniaturisierung von Siliziumkomponenten sicherlich auch der Verzicht auf kleine, ineffiziente Rechenzentren und die Migration zu den viel größeren Cloud- und Hyperscale-Umgebungen dazu beigetragen, den Anteil der Rechenzentren am Gesamtenergiebedarf stabil zu halten.

Darüber hinaus sind vor allem Betreiber von Hyperscale-Rechenzentren führend bei der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Im Jahr 2019 waren die Top vier allesamt IKT-Unternehmen, angeführt von Google. Ein Jahr zuvor, im Jahr 2018, haben Google (10 TWh) und Apple (1,3 TWh) genug erneuerbaren Strom gekauft oder erzeugt, um 100 % des Verbrauchs in Rechenzentren zu decken. Im selben Jahr stammten 75 % der von den Rechenzentren von Facebook verbrauchten Energie aus erneuerbaren Quellen, während Amazon und Microsoft im Bereich von 50 % lagen.

Dennoch stehen die Betreiber von Rechenzentren weiterhin unter Druck, die Effizienz zu verbessern und die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren. Möglicherweise hat sich die Nachfrage angesichts der jüngsten Kritik am System der Kryptowährungen verstärkt, deren Server, die für das Mining verwendet werden, einen hohen Stromverbrauch haben. Dadurch wurde die Notwendigkeit für Rechenzentren, energieeffizienter zu sein, stärker in den Vordergrund gerückt.

Auf der anderen Seite hat die Pandemie das Bewusstsein für die Bedeutung von Rechenzentren in der heutigen Gesellschaft geschärft – ähnlich wie bei Versorgungsunternehmen für Wasser und Strom. Zu einem großen Teil sind sie es, die es ermöglicht haben, Aktivitäten wie Remote-Arbeit und -studium fortzusetzen und den Onlinehandel auszuweiten.

Trotz dieser Anerkennung tragen Rechenzentren eine besondere Verantwortung, insbesondere wenn es um den Energieverbrauch und die Auswirkungen auf die Umwelt geht. Diese Anforderungen lassen sich an der steigenden Nachfrage auf dem Markt für sogenannte grüne Rechenzentren ablesen, der laut einem Bericht von ResearchAndMarkets.com bis 2026 einen Wert von 181,91 Milliarden US-Dollar haben soll, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 23,01 % zwischen 2021 und 2026. Im Jahr 2020 wurde dieser Markt noch auf 53,19 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Wieder einmal übernehmen große Tech-Unternehmen die Führung, indem sie sich Ziele zur Reduzierung ihres CO2-Fußabdruckes setzen. Google beispielsweise hat sich verpflichtet, alle seine Rechenzentren und den Google Campus bis zum Jahr 2030 rund um die Uhr mit „kohlenstofffreier Energie“ – also Wasser-, Wind- und Sonnenenergie – zu versorgen. Microsoft hat unterdessen angekündigt, bis 2030 „negative“ Kohlendioxidemissionen zu haben – das heißt, der Atmosphäre mehr Kohlendioxid zu entziehen, als das Unternehmen ausstößt.

Amazon hat sich das Ziel gesetzt, die Emissionen bis zum Jahr 2040 auf Null zu reduzieren, indem das Unternehmen erneuerbare Energiequellen für den Betrieb und die Auslieferung nutzt, Elektrofahrzeuge einsetzt und in neue Dekarbonisierungstechnologien investiert, um die Auswirkungen des Klimawandels zu reduzieren.

Einige weisen jedoch darauf hin, dass die Nutzung erneuerbarer Quellen zur Reduzierung der von Rechenzentren verursachten Umweltauswirkungen nicht die einzige Herausforderung ist. Das Problem der unzureichenden Auslastung von Rechenressourcen muss ebenfalls angegangen werden. Eine jüngst durchgeführte Umfrage unter 100 Unternehmen, die etwa eine Million Dollar pro Jahr für Cloud-Computing ausgeben, ergab, dass bei mehr als der Hälfte von ihnen die Auslastung der IT-Infrastruktur zwischen 20 und 40 Prozent liegt. „Diese Untersuchung zeigt, dass IT-Führungskräfte großes Interesse daran haben, das Potenzial der Cloud zu erkunden, sowohl aus der Perspektive der Rechenleistung als auch hinsichtlicher der Kostenreduzierung. Aber sie sind vorsichtig, für die Lösungen Risiken einzugehen, die zu viele Ressourcen verbrauchen“, kommentiert Asaf Ezra, CEO von Granulate, das für die Studie verantwortlich ist.

Kurz gesagt: Das Rennen zwischen Arm- und x86-Architekturen und zu sehen, welche Lösung Rechenzentren bevorzugen, kann bei dem Versuch, Rechenleistung und Stromverbrauch in Einklang zu bringen, das Zünglein an der Waage sein.