Server sind als Schnittstelle zwischen der digitalen Welt und dem Anwender unverzichtbar. Um dem rasant wachsenden Datenverkehr gerecht zu werden, unterhalten Unternehmen riesige Server-Anlagen. Mit den stetig steigenden Energiekosten verstärkt sich immer mehr die Notwendigkeit, in diesem Bereich Einsparmöglichkeiten vorzunehmen.
Doch nicht nur Großunternehmen, sondern auch zunehmend kleine Firmen achten beim Betrieb von Servern auf den Stromverbrauch. Denn laut einer Studie von Gartner verbraucht ein Standard-Server in seinem 4-jährigen Lebenszyklus 1350 bis 2000 Euro an Stromkosten. Damit erreichen die Energiekosten nahezu den Anschaffungspreis des Servers.
Der folgende Artikel beschreibt praxisnah anhand eines Tower- und eines Rack-Servers, welche Hardwarekomponenten wie viel Strom verbrauchen und wo Einsparpotenzial vorhanden ist. Darüber hinaus geben wir konkrete Tipps, wie der Anwender unter Berücksichtigung der veränderten Systemeigenschaften den Energiekonsum bei seinem Server reduzieren kann.
Details zum Tower-Server Platinum 3200 I M6 von Maxdata
Als Testsysteme verwenden wir exemplarisch den Tower-Server Platinum 3200 I M6 von Maxdata und den Rack-Server Calleo 501 von transtec.
Das Maxdata-System ist mit zwei Xeon-Prozessoren vom Typ X5355 und insgesamt 16 GByte Speicher bestückt, verteilt auf acht PC2-5300-FB-DIMM-Module von Samsung. Als Unterbau kommt das Intel-Mainboard S5000PSL mit dem 5000P-Chipsatz zum Einsatz.
Als Storage-Subsystem besitzt der Server einen SAS-RAID-Controller-5085BR SAS/SATA 4+4-Port von ICP, der sechs 73-GByte-SAS-Festplatten, Modell MAX3073RC von Fujitsu, im RAID-5-Verbund ansteuert. Zusätzlich verfügt das Gerät über ein 3,5-Zoll-DVD-ROM-Laufwerk SH-D162 von TSST.
Die Stromversorgung und das Kühlungssystem sind redundant ausgelegt. So liefern zwei 830-Watt-Netzteile, Typ DPS-830AB von Delta Electronics, die nötige elektrische Energie für den Server. Für die Kühlung des Geräts sind zwei paarweise angeordnete 160-mm- und 120-mm-Lüfter zuständig, die zudem hotplug-fähig sind.
Details zum Rack-Server Calleo 501 von transtec
Den Rack-Server Calleo 501 konzipierte transtec speziell für den Einsatz in Großunternehmen. Die nötige Rechenleistung bezieht das System aus vier Quad-Core-Opteron-Prozessoren des Typs 8356 (2,3 GHz), einschließlich nForce-MCP55-Pro-Chipsatz und 32 GByte Hauptspeicher. Die 16 PC2-5200-FB-DIMM-Module mit je 2 GByte Kapazität arbeiten mit 667 MHz effektiver Taktfrequenz. Für eine hohe Datenintegrität des Speichers sorgen die Sicherheits-Features ECC und Spare Memory des Speicher-Controllers.
Für die Erweiterbarkeit mit Steckkarten stellt der Server einen PCI-Express-x16-Slot und eine HyperTransport-Schnittstelle zur Verfügung. Die Verbindung in ein Netzwerk übernehmen zwei Onboard-Gigabit-Ethernet-Controller des MCP55-Pro-Chipsatzes. Als zusätzliche Anschlüsse neben Maus und Tastatur bietet der Calleo 501 zwei USB-2.0-Ports, eine serielle Schnittstelle für Remote Access sowie einen VGA-Steckeranschluss. Die Grafikausgabe übernimmt ein Onboard-Grafikprozessor des Typs ES1000 von ATI. Interfaces an der Vorderseite sind nicht vorhanden.
Das Storage-Subsystem des Test-Servers besteht aus zwei Hotplug-fähigen SATA-Festplatten mit einer Kapazität von je 150 GByte. Dabei arbeiten die Laufwerke als zwei unabhängige HDDs. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das System mit einer weiteren Festplatte aufzurüsten. Die Verwaltung der zwei WD-1500AFFD-HDDS übernimmt der 6-Port-Onboard-RAID-Controller des Chipsatzes. Als Laufwerke für Wechselmedien steht ein DVD-ROM-Gerät in Slimline-Ausführung bereit. Das optische Laufwerk steuert der integrierte ATA100-Controller des Chipsatzes. Zusätzlich steht auf dem Mainboard ein Floppy-Port zur Verfügung.
Die Stromquelle des Servers besteht aus nur einem Netzteilmodul. Die Komponente des Typs PWD-1K01-1R des Herstellers Supermicro liefert eine elektrische Leistung von 1000 Watt. Gekühlt wird das Netzteil mit zwei integrierten 40-mm-Lüftern.
Für die Kühlung des Rechners sind sechs paarweise angeordnete 40-mm-Lüfter des Typs Nidec UltraFlo R40W12BS5AC-55 verantwortlich. Die Hotplug-fähigen Lüfter besitzen eine maximale Stromaufnahme von 0,8 Ampere bei einer Versorgungsspannung von 12 Volt.
Testverfahren
Die Leistungsmessung führen wir mit einem Leistungsmesser, Typ M-4660M von Voltcraft, durch. Gemessen wird die Gesamtleistungsaufnahme des Servers im Leerlauf und Lastmodus. Im Leerlauf befindet sich der Server im „Ruhezustand“, nur der Windows-Server-2003- beziehungsweise Windows 2008-Server-x64-Desktop ist sichtbar.
Unter Last werden permanent Programmdateien auf dem Storage-System kopiert. Zusätzlich läuft im Hintergrund der SunGuard-ACR-Benchmark, der multithreaded arbeitet und die Quad-Core-Prozessoren nahezu 100 Prozent belastet.
SunGards Adaptiv Credit Risk 2.5 ist ein Analysetool für den Finanzbereich. Basierend auf modifizierten Monte-Carlo-Simulationen berechnet das Programm den künftigen Wert einer Anlage auf Basis vorhandener Marktdaten.
Strom sparen beim Speicher
Mit wenig Aufwand lässt sich durch den Tausch von Speichermodulen bei unseren Testsystemen Energie sparen. Der Tower-Server ist mit acht 2-GByte-FB-DIMM-PC2-5300-Modulen bestückt. Jedes Modul verbraucht laut Datenblatt maximal 10,4 Watt elektrische Leistung. Das ergibt in der Theorie eine maximale Leistungsaufnahme von 83,2 Watt.
Bei Verwendung von 4-GByte-FB-DIMM-Modulen und gleicher Speichermenge benötigt der Server für seinen Hauptspeicher eine elektrische Leistung von höchstens 44,4 Watt. Das bedeutet eine Ersparnis von 38,8 Watt und entspricht zirka 47 Prozent oder 5,0 Euro pro Monat (Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage). Allerdings ist zu berücksichtigen, dass Speichermodule mit höherer Speicherkapazität etwas teurer als die entsprechenden Module mit geringerer Kapazität sind.
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Module |
512 MByte (Wh) |
1 GByte (Wh) |
2 GByte (Wh) |
4 GByte (Wh) |
|---|---|---|---|---|
|
PC2-4200 |
7,4 |
7,9 |
9,3 |
10,3 |
|
PC2-5300 |
8,2 |
8,8 |
10,4 |
11,1 |
Die gleichen Überlegungen wie bei den FB-DIMM-Modulen gelten auch für die DDR2-SDRAM-Speichermodule des transtec-Rack-Servers, wie die folgende Tabelle verdeutlicht. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass DDR2-SDRAM-Module nicht so viel elektrische Leistung benötigen wie die FB-DIMM-Pendants.
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Module |
512 MByte, 1 Rank (Wh) |
1 GByte, 2 Rank (Wh) |
2 GByte, 2 Rank (Wh) |
|---|---|---|---|
|
PC2-4200-444 |
3,0 |
3,4 |
5,8 |
|
PC2-5300-555 |
3,2 |
3,7 |
6,2 |
|
PC2-6400-555 |
3,5 |
4,1 |
6,7 |
Verzichtet man auf speicherrelevante Sicherheitsaspekte wie Memory Mirroring oder Spare Memory, so können die Energiekosten des Systems ebenfalls gemindert werden. Allerdings sollte der Anwender prüfen, ob die dadurch geminderte Ausfallsicherheit des Servers den Arbeitsprozess beeinträchtigen könnte.
In einem Praxistest haben wir die Theorie überprüft und die Leistungsaufnahme unserer Server-Systeme im Leerlauf und unter Last mit 8 und 4 beziehungsweise 16 und 8 Speichermodulen gemessen. Die folgenden Tabellen geben eine Übersicht über die Resultate und die damit verbundene Energiekostenersparnis.
|
Server-Last |
Elektrische Leistung, 8x 2-GByte-FB-DIMM (Wh) |
Elektrische Leistung, 4x 4-GByte-FB-DIMM (Wh) |
Differenz (Wh) |
Kostenersparnis (Euro pro Monat) |
|---|---|---|---|---|
|
Server-Leerlauf |
350 |
317 |
33 |
4,3 |
|
Server-Last |
496 |
453 |
43 |
5,6 |
(Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage)
|
Server-Last |
Elektrische Leistung, 16x 2-GByte-DDR2-SDRAM-DIMMs (Wh) |
Elektrische Leistung, 8x 2-GByte-DDR2-SDRAM-DIMMs (Wh) |
Differenz (Wh) |
Kostenersparnis (Euro pro Monat) |
|---|---|---|---|---|
|
Server-Leerlauf |
302 |
286 |
16 |
2,9 |
|
Server-Last |
554 |
534 |
20 |
3,6 |
(Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage)
Analyse des Lüftungskonzepts
Der Tower-Server ist mit zwei paarweise angeordneten temperaturgeregelten 12-Volt-Lüftern ausgestattet. Die 160-mm-Version nimmt maximal 3,3 Ampere an Strom auf, das entspricht 39,6 Watt. Die kleinere 120-mm-Variante begnügt sich mit 1,5 Ampere, das ergibt eine elektrische Leistung von 18 Watt. Insgesamt beträgt die theoretische Leistungsaufnahme des Kühlungssystems maximal 115,2 Watt.
Die Dimensionierung des Lüftersystems hängt von der verwendeten Hardware und vom Gehäuse ab. Diese Arbeit übernimmt der Hersteller, und der Anwender hat nur wenig Einfluss auf das eingesetzte Kühlsystem. Es ist in der Regel für den „Worst Case“ ausgelegt und somit für den maximalen Ausbau des Servers konzipiert. Da das Lüftersystem temperaturabhängig arbeitet, sollte es immer eine optimale Kühlung bieten.
Bei redundanten Kühlungskonzepten – wie bei unserem Tower-Testsystem – muss zusätzlich gewährleistet sein, dass bei Ausfall eines Lüfters die übrigen Lüfter den Server ausreichend kühlen. Dabei gilt es zu beachten, dass je schneller ein Lüfter dreht (bessere Kühlung), der Stromverbrauch steigt. Ein weiterer negativer Nebeneffekt ist die steigende Lärmbelästigung. Den defekten Lüfter sollte der Anwender aus Gründen der Ausfallsicherheit und des höheren elektrischen Leistungsverbrauchs schnellstmöglich austauschen.
Die folgende Tabelle zeigt, wie ein Lüfterausfall unseren Tower-Server hinsichtlich der Leistungsaufnahme der übrigen Lüfter beeinflusst.
|
Server-Last |
Elektrische Gesamtleistung (Wh) |
Ausfall 160-mm-Lüfter (Wh) |
Ausfall 120-mm-Lüfter (Wh) |
Differenz bei Ausfall, 160 mm / 120 mm (Wh) |
Kosten des Ausfalls, 160 mm / 120 mm (Euro pro Monat) |
|---|---|---|---|---|---|
|
Server-Leerlauf |
350 |
373 |
401 |
23 / 51 |
3,0 / 6,6 |
|
Server-Last |
496 |
519 |
542 |
23 / 46 |
3,0 / 6,0 |
(Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage)
Der Rack-Test-Server besitzt sechs paarweise montierte 12-Volt-Lüfter. Die 40-mm-Aggregate haben eine maximale Stromaufnahme von je 0,8 Ampere, das entspricht 9,6 Watt. Somit beträgt die theoretische Leistungsaufnahme des gesamten Kühlungssystems maximal 57,6 Watt.
Die folgende Tabelle zeigt, wie die Anzahl der Lüfter unseres Rack-Servers die Leistungsaufnahme des Gesamtsystems beeinflusst.
|
Server-Last |
Elektrische Gesamtleistung, 6x Lüfter (Wh) |
Elektrische Gesamtleistung, 5x Lüfter (Wh) |
Elektrische Gesamtleistung, 4x Lüfter (Wh) |
Differenz, 5x Lüfter / 4x Lüfter (Wh) |
Kostenersparnis, 5x Lüfter / 4x Lüfter (Euro pro Monat) |
|---|---|---|---|---|---|
|
Server-Leerlauf |
302 |
294 |
285 |
8 / 17 |
1,4 / 3,1 |
|
Server-Last |
554 |
543 |
533 |
11 / 21 |
2,0 / 3,8 |
(Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage)
Sparsame Stromversorgung
Neben den Lüftern ist auch die Stromversorgung des Maxdata-Tower-Servers redundant ausgelegt und besteht aus zwei 830-Watt-Schaltnetzteilen. Diese arbeiten parallel, so dass die elektrische Leistung gleichmäßig auf beide Geräte verteilt wird. Fällt ein Netzteil durch einen Defekt aus, übernimmt das andere die gesamte Stromversorgung des Systems. Dagegen arbeitet der 1U-Rack-Server von transtec mit nur einem 1000-Watt-Netzteilmodul. Fällt die Stromversorgung durch einen Defekt aus, arbeitet der Server nicht mehr.
Ein wichtiger Parameter bei Schaltnetzteilen ist der Wirkungsgrad. Dieser liegt bei den gängigen Modellen zwischen 60 und 80 Prozent. Somit vergeudet das Netzteil rund ein Fünftel der eingesetzten Energie als nutzlose Wärme. Nimmt zum Beispiel ein Rechnersystem an der Steckdose eine elektrische Leistung von 500 Watt auf, so entfallen bei einem Wirkungsgrad von 80 Prozent allein 100 Watt auf das Netzteil. Die restlichen 400 Watt stehen den Rechnerkomponenten als Nutzenergie zur Verfügung.
Die in unserem Tower-Server-System von Maxdata verwendeten 830-Watt-Netzteile liefert der taiwanische Hersteller Delta Electronics. Diese haben unter Volllast einen Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent. Unter der Annahme, dass der Wirkungsgrad sich zwischen 30 und 100 Prozent der Gesamtausgangsleistung nicht ändert, ergibt sich zwischen einer Leistungsaufnahme von 250 bis 830 Watt ein elektrischer Verlust von 20 Prozent oder 50 bis 166 Watt.
Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht, dass durch ineffektive Netzteile Kosten entstehen, indem Abwärme an die Umgebung abgegeben wird. Deshalb sollte der Anwender in Rechnern besonders Netzteile mit einem Wirkungsgrad größer 85 Prozent verwenden. Redundante Netzteile verursachen nahezu keine höheren Kosten durch Verluste gegenüber einem Einzelnetzteil. Hier müssen nur der Anschaffungspreis und die erhöhte Ausfallsicherheit des Systems ins Kalkül einfließen.
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Server-Last |
Elektrische Leistung (Wh) |
Wirkungsgrad bei 20 Prozent (Wh) |
Verlustleistung (Wh) |
Kosten der Verlustleistung (Euro pro Monat) |
|---|---|---|---|---|
|
Server-Leerlauf, zwei Netzteile |
350 |
280 |
70 |
9,1 |
|
Server-Leerlauf, ein Netzteil |
332 |
266 |
66 |
8,6 |
|
Server-Last, zwei Netzteile |
496 |
397 |
99 |
12,8 |
|
Server-Last, ein Netzteil |
485 |
388 |
97 |
12,6 |
(Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage)
Energieeffizientes Storage-System
Auch im Bereich des Storage-Systems können durch entsprechende Konfiguration des Servers im Vorfeld unnötige Energiekosten eingespart werden. Je nach erforderlicher Speicherkapazität und Performance sollte der Anwender die Anzahl der Festplatten im System so gering wie möglich halten.
In unserem Test-Server sind sechs Festplatten des Typs MAX3073C von Fujitsu als RAID-5-System verbaut. Laut Datenblatt konsumiert eine Festplatte im Leerlauf durchschnittlich 11,5 Watt an elektrischer Leistung. Bei sechs Laufwerken ergibt das eine Gesamtleistungsaufnahme von 69 Watt.
Diese theoretische Annahme bestätigt unser Praxistest. Nach Herausnehmen einer Festplatte aus dem RAID-5-Verbund sinkt die Leistungsaufnahme des Servers im Leerlauf von 350 auf zirka 339 Watt, unter Last von 496 auf etwa 483 Watt. Jede eingesparte Festplatte mit etwa 11 Watt Leistungsaufnahme reduziert die Energiekosten um 1,4 Euro pro Monat (Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage).
In Servern werden nicht selten noch Floppy- oder CD/DVD-ROM-Laufwerke mitgeordert. Für die Erstinstallation des Systems sicher notwendig, aber überflüssig. Eine mobile USB-Lösung in Form eines Laufwerks oder Speicher-Sticks wäre eine bessere und energieeffizientere Lösung. In unseren Testsystemen sank die elektrische Leistungsaufnahme ohne 3,5-Zoll- beziehungsweise Slimline-DVD-ROM-Laufwerk um circa sechs beziehungsweise zwei Watt. Das ergibt eine Kostenersparnis von 0,8 / 0,3 Euro pro Monat.
Server entrümpeln
Oft fristen Controller oder Steckkarten ihr Dasein über Jahre in einem Server, ohne dass sie je benutzt werden. Dies gilt auch für alte Backup-Laufwerke, die nicht mehr verwendet werden. Diese Komponenten sollte der Anwender aus den Servern entfernen, da sie nur unnötig Strom verbrauchen.
Unser Test-Server von Maxdata besitzt eine optische Netzwerkkarte, die bedingt durch die noch fehlende Netzwerk-Infrastruktur nicht zum Einsatz kommt. Diese Steckkarte verbraucht etwa neun Watt an elektrischer Leistung. Daraus resultieren Stromkosten in Höhe von 1,2 Euro pro Monat (Preis pro KWh: 0,18 Euro, Monat: 30 Tage).
Einen interessanten Aspekt des Energiesparens zeigen wir anhand des Rack-Servers von transtec. In diesem System arbeiten insgesamt vier Quad-Core-Opteron-CPUs des Typs 8356 mit einem TDP-Wert von je 75 Watt. Welchen Einfluss die Anzahl der Prozessoren auf den Energieverbrauch des Gesamtsystems haben, können Sie aus der nachfolgenden Tabelle entnehmen.
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Server-Last |
Elektrische Gesamtleistung, 4x CPU (Wh) |
Elektrische Gesamtleistung, 3x CPU (Wh) |
Elektrische Gesamtleistung, 2x CPU (Wh) |
Elektrische Gesamtleistung, 1x CPU (Wh) |
|---|---|---|---|---|
|
Server-Leerlauf |
302 |
258 |
219 |
180 |
|
Server-Last |
554 |
452 |
351 |
247 |
Fazit
Seit die Energiekosten von Jahr zu Jahr enorm steigen und die IT-Budgets knapper kalkuliert werden, rücken in Unternehmen die Stromkosten immer mehr in den Fokus. Dieses Thema ist sowohl für kleine Firmen mit nur einem Server als auch für große Unternehmen mit eigenem Rechenzentrum interessant – auch in Hinblick auf ein steigendes Umweltbewusstsein.
Unser Beitrag zeigt exemplarisch, dass sich in einem modernen Server mit geringem Aufwand durchaus einige Watt an elektrischer Energie einsparen lassen. Das Einsparpotenzial reicht von einigen Cent bis zu mehreren Euro pro Monat und Komponente. In der Summe und über das ganze Jahr hinweg gerechnet, können so durchaus mehr als hundert Euro pro Server-System zusammenkommen.
Wichtig ist es, sich bereits vor dem Kauf Gedanken über die Energiekosten zu machen und bei der Anschaffung eines neuen Servers auf energiesparende Ausstattung zu achten.
In einem nachfolgenden und aktualisierten Artikel werden wir den Einfluss der CPU-Stromsparoptionen, des Energiemanagements des Betriebssystems und entsprechender Softwaretools auf den Stromverbrauch untersuchen.(hal)