Zentrales Power-Management für Client-Bestände
Energie effizient nutzen
Der Energieverbrauch moderner Rechnersysteme ist beständig angestiegen und wird immer mehr zum treibenden Kostenfaktor. Dabei gibt es eine ganze Palette an Maßnahmen, um den Verbrauch zu drosseln - nicht nur im RZ, sondern auch auf der Client-Seite. Die technischen Voraussetzungen für den energiesparenden Client-Betrieb sind geschaffen - es fehlt allein die Umsetzung in den Unternehmen.
Jahrelang betrachtete man eine steigende Dichte von Transistoren in den Chips als Garant für
bessere Leistung und Effizienz. Dies beruhte unter anderem auf Gordon Moores Aussage (Moore’s Law):
Der Mitgründer von Intel ging von der Annahme aus, dass sich die Anzahl der Transistoren pro Fläche
und damit die Logik in den Schaltkreisen alle 24 Monate verdoppeln lasse. Die Verkleinerung der
Strukturbreiten auf dem Chip erlaubt zwar niedrigere Versorgungsspannungen und ermöglicht eine
Kombination aus schnelleren und energieeffizienteren Transistoren. Doch die steigende Dichte der
Transistoren in den Chips – unabhängig davon, ob es sich um CPUs, Speicher, Grafikchips oder
sonstige integrierte Bausteine handelt – wirkt sich natürlich auf den Energieverbrauch aus.
Der Energieverbrauch der IT lässt sich grundsätzlich in zwei Bereiche unterteilen: das
Rechenzentrum und dessen Server und Netzwerkkomponenten einerseits und die Desktop-Clients
andererseits. Dabei stehen Server und Rechenzentrum meist im Mittelpunkt der aktuellen
Diskussionen. Auslöser war wohl nicht zuletzt der massive Einsatz von Blade-Systemen und die dabei
vorgenommene Verdichtung der Rechen-Power im RZ. Moderne Serversysteme haben heute mit zirka 400
Watt bereits den vierfachen Verbrauch gegenüber den Geräten von vor zehn Jahren. Hinzu kommt, dass
die heutigen Server in der Form der Pizza-Boxen oder Blades gegenüber ihren Vorgängern eine weitaus
höhere Bestückungsdichte mit CPUs erlauben. Hier wird bei gleichem Volumen eine weitaus höhere
Rechenleistung um den Faktor 30 bis 50 geboten. Gleichzeitig allerdings benötigen die Server-Racks
entsprechend mehr Energie. Um Energie einzusparen, ziehen RZ-Betreiber nun alle Register: Dies
umfasst die Auswahl der Produkte beim Einkauf, deren Nutzung und natürlich die Verwendung der
Bausteine im Betrieb. Zur Kostensenkung optimiert man auch die Platzierung der Baugruppen, um die
Kühlung zu verbessern.
Eine besondere Rolle nehmen aber auch die Softwarekonzepte ein. Moderne n-Tier-Architekturen
benötigen mehrere Serversysteme. Diese sind aber nicht zwingenderweise auf eigener Hardware
abzubilden. Durch Virtualisierung versucht man die Rechnerzahl zu verringern. Begründeten die
Anbieter den Virtualisierungseinsatz anfangs vor allem mit der besseren Auslastung der Hardware, so
verweisen sie nun auch auf die niedrigeren Energiekosten. Diese Argumentation ist nicht falsch,
denn der Leistungsverbrauch eines Servers ist unter Volllast, verglichen mit einem Leerlauf, nur
geringfügig höher. Bricht man die benötigte Energie auf die Baugruppen herunter, so zeigt sich,
dass CPU, Speicher und Festplatten zu den größten Verbrauchern zählen. Stark vereinfacht kann man
in etwa von einer Drittelung ausgehen. Virtualisierung erreicht damit in Verbindung mit einer
automatisierten Bereitstellung von Rechenleistung im Provisioning eine höhere Effizienz und einen
geringeren Gesamtenergieverbrauch. Die Virtualisierungskonzepte sind zum einen jedoch noch relativ
wenig verbreitet und zum anderen komplex in ihrer Umsetzung.
Wichtiger Kostenblock: Energieverbrauch der Clients
Der zweite große Block des gesamten IT-bezogenen Energieverbrauchs fällt auf der Desktop-Seite
an. Verglichen mit den Serversystemen des Rechenzentrums und den Netzwerkbausteinen ist deren
Gesamtverbrauch relativ unbeachtet. Auch wenn zuverlässige Studien derzeit noch fehlen, so kann man
den Energieverbrauch der Desktops meist höher als jenen der Server ansetzen. Geht man etwa von
einhundert Benutzern aus, so sind dafür meist nur wenige Server und Netzwerkbaugruppen nötig. Das
Modell skaliert aufgrund von Synergien nach oben und verschiebt sich dabei weiter zu Ungunsten der
Desktops. Wenn aber die Desktops schon den Löwenanteil am gesamten Energieverbrauch ausmachen, so
ist es verwunderlich, dass sie in der derzeitigen Energiediskussion so am Rande stehen. Damit dies
nicht so bleibt, empfiehlt sich der Einsatz von Verwaltungssoftware, die ein Modul für das
Power-Management umfasst. Ein solches Modul sorgt durch die Festlegung von Computerrichtlinien
(Policies) für einen effizienten Energieverbrauch der Desktops.
Das Power-Management unterscheidet, wie Windows, nach zwei Parametersätzen: für den
Batteriebetrieb eines Notebooks und jene für den stationären Einsatz eines Desktops oder Notebooks
am Stromnetz. Ein Benutzer kann, sofern er die Rechte dazu hat, diese Optionen selbst setzen – oder
es aber auch lassen. Mit einem Power-Management-Tool erzwingt der Administrator nun eine zentrale
Aktivierung dieser Opti-onen und die Zuweisung von Werten. Technisch betrachtet handelt es sich
dabei um eine Policy, die der Admin ähnlich den Sicherheitsrichtlinien ausbringt.
Gerade bei den Desktops kann sich ein gezielter und überlegter Einsatz sehr positiv auf die
Energiebilanz auswirken. Welche Energiemengen Desktops konsumieren können, zeigen neue
Grafikkarten, die mitunter Wasserkühlung und ein Netzteil mit 450 Watt benötigen – für Desktops
wohlgemerkt, denn für Server ist eine derart leistungsfähige 3D-Grafik ohnehin nicht sinnvoll.
Die CPU-Hersteller wiederum haben auf die Energiediskussion reagiert und bieten nun
energieeffizientere Modelle an. Strom sparen lässt sich auch bei der Auswahl der Sekundärspeicher.
So sind bereits Flash-Disk-Modelle verfügbar, die 32 GByte speichern können und dank des
2,5-Zoll-Formfaktors sowie der Ausstattung mit einer SATA-Schnittstelle Festplatten direkt ersetzen
können. Energiesparender als Röhrenmonitore sind LCD-Flachbildschirme – ob man aber allein aus
diesem Grund die bestehenden Röhrengeräte austauschen soll, ist allerdings fraglich. Statt lokaler
Drucker, die meist im Standby laufen, lassen sich Etagendrucker anschaffen.
Als Vorbild für einen energiesparenden Rechnerbetrieb zählen immer die Notebooks. Denn hier ist
die Batteriebetriebsdauer ein Verkaufsargument. Vor allem in Verbindung mit Notebooks ist häufig
vom Standby-Modus die Rede. Eine andere Variante, um Energie zu sparen, ist der Einsatz von Thin
Clients und Server-based-Computing. Dies gilt jedoch nur dann, wenn es tatsächlich gelingt, den
Desktop-PC durch ein Thin-Client-Modell abzulösen – reine Emulation ändert nichts an der
Energiebilanz.
Ein großes Potenzial, um Energie bei den Desktops zu sparen, nutzen die Unternehmen meist jedoch
nur unzureichend. Es liegt in der Abschaltung der Rechner, wenn die Anwender diese nicht benötigen.
Nach einer Untersuchung der amerikanischen Umweltbehörde EPA werden in den USA zirka 60 Prozent der
Desktops auch nachts nicht abgeschaltet. Dieser Wert wird in Europa und auch Deutschland sicher
niedriger ausfallen. Dennoch stellt die Abschaltung der Rechner in der betriebsfreien Zeit das
größte Einsparpotenzial von über 75 Prozent dar, sind doch 5 x 8 Betriebsstunden weniger als ein
Viertel von 7 x 24 Stunden. Die Abschaltung der Geräte nach Büroschluss erfordert die Aufklärung
der Anwender sowie organisatorische Anweisungen. Diese sollten mit relativ geringen Mitteln
erreichbar sein. Daneben stehen aber auch technische Umsetzungsmechanismen für vergessliche sowie
uneinsichtige Benutzer. Geeignete Techniken und Konzepte sind seit Jahren erprobt, ein Unternehmen
muss sie lediglich umsetzen. Windows bietet beispielweise Vorkehrungen, um bei der Abmeldung des
Benutzers den Rechner automatisch herunterzufahren. Außerdem sind die modernen Geräte und
Tastaturen häufig mit Schaltern oder Tasten ausgestattet, um den Rechner mit einem Tastendruck in
den Standby-Modus zu bringen oder automatisiert herunterzufahren. Damit lassen sich auch kürzere
Zeiten, in denen der Rechner nicht benötigt wird, überbrücken. Leerlaufzeiten bestehen in allen
geschäftlichen Arbeitsabläufen. Den nominalen Arbeitstag von acht Stunden unterbricht häufig eine
erhebliche Anzahl an Besprechungen, Abstimmungen und Telefonaten.
Windows kennt schon seit der 2000er-Version die Energiesparoptionen. Damit lassen sich einzelne
Baugruppen wie der Bildschirm, die Festplatte oder auch das gesamte System in einen Ruhezustand
versetzen. Dies erfolgt nach einer einstellbaren Zeitdauer der Inaktivität eines Rechners. Diese
Einstellungen lassen sich auch spezifisch für die jeweilige Baugruppe vornehmen und erlauben so
eine gezielte Deaktivierung des Rechners oder von Rechnerbaugruppen in Abhängigkeit von der Zeit,
beispielweise die kontrollierte Abschaltung des Bildschirms nach wenigen Minuten, die der
Festplatten nach einer halben Stunde, den Wechsel in den Stand-by-Modus nach weiteren 30 Minuten
oder das Ausschalten des Rechners nach 20 Uhr abends. Die Grundlagen für diese Power-down-Varianten
sind in den ACPI-Spezifikationen (Advanced Configuration und Power Interface) festgelegt.
ACPI definiert mehrere Systemzustände von S0 bis S5 (siehe Kasten). Der Zustand S0 beschreibt
den normalen Betriebsmodus, also ein vollständig aktives System. Der Zustand S5 bezeichnet den
Modus, in dem der Rechner per Software oder Power-Schalter deaktiviert wird. Dazwischen sind
weitere Modi definiert, in denen Komponenten inaktiv sind. Besser bekannt als die ACPI-Modi sind
die resultierenden Systemzustände: "Suspend to RAM" (Standby) und "Suspend to Disk". "Suspend to
Disk" wird im Zusammenhang mit Notebooks häufig als Hibernation (Tiefschlaf) bezeichnet und meint
das komplette Abspeichern des Rechnerzustands mit allen geöffneten Applikation und den Daten in
einer Datei. Ein Wiederaufwachen ist in weniger als einer Minute durchführbar. Die Arbeitsumgebung
ist damit bedeutend schneller als beim herkömmlichen Starten (Boot) des Systems erreichbar. Durch
die weite Verbreitung von Wake-on-LAN-fähigen Geräten ist es auch nicht mehr notwendig, diese
nachts zum Zwecke der Wartung eingeschaltet zu lassen.
Die Spezifikationen nach ACPI müssen sich natürlich in den Rechnern und deren Firmware
widerspiegeln, aber auch durch die Software unterstützt sein. Über die Power-Managementwerkzeuge
des Client-Managements lassen sich diese Einstellungen nun auch zentral verwalten und wie ein
Software-Patch als Policy auf die Clients verteilen.
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