Virtualisierung im Dienste der Ökologie

René Bersier ist Systems Consultant bei IBM Schweiz.

Moderne Rechenzentren benötigen im Vergleich zu typischen Büroflächen durchschnittlich rund 15 Mal mehr Energie pro Quadratmeter. In extremen Fällen kann der Energieverbrauch sogar das 100-fache betragen. Unabhängige Studien zeigen, dass sich die Energiekosten und der Energieverbrauch von Rechenzentren in weniger als 10 Jahren verdoppeln werden (unverändertes Wachstum und gleich bleibende Energieeffizienz vorausgesetzt). So schätzt zum Beispiel der Marktbeobachter IDC, dass Unternehmen bereits in fünf Jahren für jeden in IT-Hardware investierten Dollar weltweit einen weiteren Dollar für Energie und Kühlung dieser Hardware ausgeben müssen.

Mit insgesamt ungefähr 4000 Rechenzentren in der Schweiz besteht Handlungsbedarf. Denn die Schweizer Rechenzentren verbrauchen bereits heute beeindruckende 500 Megawatt. Genug, um den Strombedarf von bis zu 62500 Haushalten zu decken.

International sind die Zahlen noch dramatischer: Alleine in den USA benötigen alle Rechenzentren zusammen bereits heute genauso viel Energie wie der gesamte Staat Utah oder wie die mehr als 300 Millionen TV-Geräte in Amerikas Haushalten.

Energieeffizienz im Rechenzentrum umfasst jedoch weit mehr als nur den Energieverbrauch. Es geht auch um die Herstellung, den Vertrieb und die Logistik bis zur Entsorgung. Die Optimierung der Systeme wird ebenfalls zentral. Dazu gehören zum Beispiel die Reduktion der CPU-Last durch optimierte Applikationen, effizientere Software und eine höhere durchschnittliche Auslastung bereits bestehender Komponenten.

Vor diesem Hintergrund bietet eine bekannte Technologie neue Möglichkeiten: Die Virtualisierung von Server- und Speichersystemen kann die Zahl der physikalisch benötigten Systeme massiv verkleinern und somit auch den Energie- und Kühlbedarf grösserer IT-Installationen verringern. Eine zügige Einführung der Virtualisierungstechnologie in der IT-Industrie erlaubt so nicht nur eine Entlastung der Umwelt, sondern gleichzeitig eine Reduktion der Betriebskosten, eine bessere Ausnutzung der bereits aufgestellten Systeme sowie eine flexiblere IT-Infrastruktur, die sich schneller an sich verändernde Anforderungen anpassen lässt.

Eine virtualisierte Infrastruktur ist eine logische Repräsentation von Ressourcen, die nicht durch physikalische Begrenzungen eingeschränkt ist. Ressourcen können Daten, Rechenleistung, Speicherkapazitäten und anderes sein. So erlaubt es eine virtualisierte Infrastruktur zum Beispiel, die Rechenkapazität mehrerer Maschinen in einem virtuellen Pool zusammenzufassen. Auf diese Weise kann die Rechenkapazität gezielt neu verteilt werden. Aus vielen Komponenten wird dadurch eine flexiblere, zent-rale Ressource. Man kann aber auch aus einer einzelnen physikalischen Komponente (zum Beispiel einem Server) viele kleine virtuelle Ressourcen machen.

Virtualisierung ermöglicht so eine dynamische Änderung und Anpassung der Infrastruktur, ohne an der physisch installierten Umgebung Änderungen vorzunehmen. So können Unternehmen auf veränderte Geschäftsanforderungen schneller reagieren. Die Infrastruktur lässt sich in Bruchteilen von Sekunden neu zuordnen und anpassen. Dies im Gegensatz zum herkömmlichen IT-Service, dessen typische, nicht virtualisierte Umgebung für einen spezifischen Einsatzzweck optimiert ist.

Die Infrastruktur wird mit genügend Leistungsreserven beschafft, um auch kurzzeitige Spitzenlast abdecken zu können. Diese Spitzenlast wird aber nicht permanent benötigt. Mit dem Ergebnis, dass sie ungenutzt zur Verfügung steht. Zusätzlich ist es auch aufgrund der oft komplexen Aufgabe schwer, zukünftige Belastungen eines Systems vorherzusagen. Deswegen werden of kleinere, in Bezug auf mögliche Ausbauten eingeschränkte Systeme mit mehr Reservekapazität angeschafft als effektiv benötigt wird. Es könnte ja sein, dass sich ein Projekt schneller entwickelt, die Anforderungen sich ändern oder dass selbst das kleinste System viel zu leistungsfähig für die gestellte Aufgabe ist.

Diese Faktoren erzeugen in einem Rechenzentrum gewaltige ungenutzte Systemkapazitäten, welche produziert, installiert, gewartet, mit Strom versorgt und gekühlt und schlussendlich auch wieder entsorgt werden müssen. Eine virtualisierte Umgebung nutzt die vorhandenen Kapazitäten besser aus. Sie hält keine Kapazitäten exklusiv für theoretische Spitzenlasten einzelner Anwendungen zurück, sondern stellt die gesamte Leistung eines Rechenzentrums flexibel zur Verfügung. Anwendungen, die gerade viel Leistung benötigen, bekommen diese auch zugeteilt. Anwendungen, welche aktuell unter ihrer Auslastung laufen, wird dafür Leistung abgezogen. Das alles passiert vollautomatisch und mittels modernster Technik im Millisekundenbereich.

Durch Virtualisierung und gemeinsames Nutzen der physikalischen Komponenten kann selbst für kleine Anwendungen eine extrem leistungsfähige, sichere und flexible Umgebung zur Verfügung gestellt werden - bei gleichzeitiger Reduktion der Gesamtkosten, massiv tieferer Energieaufnahme und damit «grünerer» IT.

Eine virtualisierte Komponente erreicht durch die Entkopplung der Hardware von der logischen Sicht der benötigten Systeme, dass die Grenzen eines solchen virtuellen Systems reine Definitionen sind. Diese Grenzen können somit sehr einfach von Hand oder vom System selbst im laufenden Betrieb auf veränderte Bedürfnisse angepasst werden. Dadurch genügt eine sehr kleine Anzahl grösserer Systeme, um die meisten - wenn nicht gar alle - Anforderungen in einem Rechenzentrum abdecken zu können.

Ausserdem erreicht ein einzelnes nicht virtualisiertes System das Ende seiner praktischen Verwendbarkeit typischerweise früher als ein virtualisiertes System.

Weltweit fangen führende Unternehmen nun an, ihre Rechenzentren mit Virtualisierungstechnologien energieeffizienter zu gestalten. Und dies in einer Art, die vorher schlicht unmöglich war.

So konnte zum Beispiel die US-amerikanische Pacific Gas & Electric Company (PG&E) in Kalifornien die Energieaufnahme in ihren Rechenzentren durch den Einsatz von Virtualisierung um 80 Prozent senken. Die Firma konnte dabei nahezu 300 Unix Systeme bei gleicher Leistung auf gerade einmal sechs grössere zusammenfassen. Ein weiteres Beispiel lieferte das Medical Center der Universität Pittsburgh (UPMC) in den USA. Sie reduzierte durch die Virtualisierung von 222 Systemen auf vier neue Server den Energie-, Kühl- und Platzbedarf ihrer IT-Infrastruktur mehr als deutlich.

Dabei bedeutet eine Virtualisierung nicht nur die Senkung der IT-Infrastrukturkosten, sondern auch eine Steigerung der Produktivität bei gleichzeitiger Sicherstellung des geforderten hohen Service-Levels.

Virtualisierungstechnologien im Rechenzentrum sind nicht neu. IBM führte bereits vor über 40 Jahren diese Technologie in Mainframe-Rechenzentren ein und erlaubte so die Netzwerk-, Storage- und Servervirtualisierung mit einer wesentlich effizienteren Ausnutzung physikalischer Systeme. Nun ergeben sich vor dem Hintergrund veränderter Herausforderungen vor allem im Bereich der Energieeffizienz neue Möglichkeiten, diese Technologie bei Mainframes und auch im mittleren Bereich einzusetzen.