Gleichgewicht im Rechenzentum: Die neue Challenge für Entwickler

Die anhaltende Weiterentwicklung von Rechenzentrum sorgt für jede Menge Herausforderungen – nicht nur im Jahr 2023, sondern auch darüber hinaus. Der digitale Infrastruktur-Sektor ist in den letzten Jahrzehnten rasant gewachsen; die Nachfrage nach Rechen- und Speicherressourcen ist höher denn je. Gleichzeitig haben sich aber auch die globalen Marktbedingungen verschärft: Die anhaltend hohen Energiepreise, die Kosten für den Aufbau und den Betrieb dieser Umgebungen sowie die knappen Budgets sind vor allem in finanzieller Hinsicht problematisch. Und auch der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften, der Klimawandel und strengere Nachhaltigkeitsstandards stellen bedeutende Hürden dar.

All dies bedeutet jedoch nicht, dass es in der Rechenzentrumsbranche langsamer zugeht. Im Gegenteil: Der explosionsartige Bedarfsanstieg für Rechenzentrums-Kapazitäten hat die Aufmerksamkeit zahlreicher Investoren in verschiedenen Bereichen (Eigenkapital, Immobilien, Übernahmen und Infrastrukturinvestitionen) auf sich gezogen. Laut McKinsey wird die Nachfrage gemessen am Energieverbrauch allein in den Vereinigten Staaten bis 2030 voraussichtlich 35 Gigawatt (GW) erreichen. 2022 waren es noch 17 GW. Die USA machen dabei etwa 40 % des Weltmarktes aus.

Eine Umfrage des Uptime Institute gibt eine Prognose für das Jahr 2023 ab. Demnach plant die Mehrheit der befragten Rechenzentrumsbesitzer und -betreiber in diesem Jahr eine Erweiterung ihrer Flächen, um den steigenden Kapazitätsbedarf zu decken. Dabei wird auch das Dilemma der Betreiber immer offensichtlicher: Denn wie lässt sich das Gleichgewicht zwischen immer leistungsfähigeren Prozessoren und einem möglichst niedrigen Stromverbrauch herstellen?

Die in Rechenzentren eingesetzten Server stellten fast zwei Jahrzehnte lang relativ stabile Anforderungen an Stromversorgung und Kühlung. Dank dieser technischen Stabilität war es möglich, Installationen und Nachrüstungen mit einer gewissen Sorglosigkeit zu konzipieren – und auf diese Weise Investitionen anzuziehen.

Das scheint sich nun zu ändern. Die Untersuchungen des Uptime Institute haben gezeigt, dass die Leistungsdichte von Rechenzentren in den letzten zehn Jahren kontinuierlich gestiegen ist. Zwar ist im Gegensatz zu einigen fatalistischen Prognosen ist der Stromverbrauch eines typischen Server-Racks unter 10 kW geblieben. Doch das Szenario nimmt in letzter Zeit wieder an Fahrt auf – und der Trend setzt sich fort. Der Studie zufolge ist der Anstieg der Leistungsdichte aber nicht ausschließlich auf mehr überlastete Racks zurückzuführen. Auch der höhere Stromverbrauch pro Server spielt eine Rolle, was vor am flächendeckenden Einsatz von Servern leistungsstärkeren Prozessoren liegt. Diese überzeugen am Ende aber nicht nur mit ihrer hohen Leistung, sondern ebenso mit einer besseren Energieeffizienz – vorausgesetzt, sie werden sinnvoll eingesetzt.

Die Konstrukteure von Rechenzentren waren früher in der Lage, die Energie- und Kühlungsdichte von Einrichtungen auf der Grundlage eines stabilen und vorhersehbaren Verbrauchs pro Prozessor sowie anderer Serverkomponenten zuverlässig und konsistent zu planen. Heute ist diese Berechnung jedoch viel komplexer: Die zunehmende Leistungsdichte der IT-Ressourcen hat es schwierig gemacht, die Planung von Rechenzenten realistisch einzuschätzen. Schließlich müssen diese über mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte hinweg technologisch belastbar und nachhaltig sein.

Dichtere Prozessoren sind dabei bereits Realität: Giganten wie Intel und AMD haben Modelle in Umlauf gebracht, die bis zu 400 W verbrauchen. Die Intel-Xeon-Scalable-Prozessoren der 4. Generation haben eine thermische Entwurfsleistung (TDP) von bis zu 350 Watt, während die Epyc-Prozessoren der 4. Generation von AMD eine TDP von bis zu 360 Watt besitzen. In den kommenden Jahren könnten sogar neue Rechenzentrumsprozessoren mit einer TDP von bis zu 600 Watt auf den Markt kommen. Somit lassen sich die erforderlichen Designannahmen für zukunftsfähige Umgebungen nur noch schwer definieren.

Das neue Szenario erhöht dabei sowohl die technischen als auch die wirtschaftlichen Risiken – denn die zusätzlichen Kosten aufgrund falscher Berechnungen oder Annahmen bei der Planung von Rechenzentren können erheblich sein. Mehr denn je ist es deshalb notwendig, das richtige Gleichgewicht zu finden: So birgt eine sehr konservative Haltung (wie z. B. bei Ansätzen mit geringer energetischer Leistungsdichte) dazu einerseits das Risiko, dass das Rechenzentrum schnell an seine Grenzen stößt oder sogar veraltet ist. Andererseits kann eine technisch ambitionierte Haltung (wie z. B. die Integration von Racks mit hoher Leistungsdichte und Wärmerückgewinnung) zu überhöhten Investitionen in die Kapazität und leerlaufenden Ressourcen führen.

„Kurz gesagt: Anlagen, die heute gebaut werden, müssen 10–15 Jahre lang wirtschaftlich wettbewerbsfähig und technisch leistungsfähig bleiben. Dies bedeutet, dass bestimmte Annahmen durch Spekulationen getroffen werden müssen, ohne dass die Planer die zukünftigen Spezifikationen der IT-Racks wirklich kennen. Folglich sind die Ingenieure und Entscheidungsträger in der zweiten Hälfte der 2020er Jahre und darüber hinaus gezwungen, mit diesen Unsicherheiten in Bezug auf die technischen Anforderungen von Rechenzentren umzugehen“, so das Uptime Institute.

Das Fazit der Studie: Selbst den Bestinformierten bleibt aktuell nichts anderes übrig, als zu spekulieren.