Was ist Power Usage Effectiveness (PUE)?

Mit der gängigsten technischen Kennzahl die Energieeffizienz von Rechenzentren messen und Transparenz schaffen.

Kontinuierliches Energiemonitoring ist im modernen Rechenzentrum nicht mehr wegzudenken. Eine der bekanntesten Kennzahlen ist die Power Usage Effectiveness (PUE), die als globaler Leitwert für die Energieeffizienz gilt. Die PUE wurde erstmals im Jahr 2007 von The Green Grid eingeführt, um eine nützliche und leicht verständliche Kennzahl für die Energieeffizienz von Rechenzentren zu schaffen. Sie ist ein hervorragendes Benchmarking-Tool, mit dem Unternehmen über einen längeren Zeitraum hinweg die Ergebnisse ihrer Anpassungen und Optimierungen verfolgen können.

Als Kehrwert des PUEs zur Beurteilung des Energieverbrauchs im Rechenzentrum wird die Data Centre Infrastructure Efficiency (DCiE) definiert. DCiE verwendet dieselben Metriken wie PUE, stellt die Ergebnisse aber anders dar. Während PUE ein Verhältnis ist, zeigt DCiE die IT-Last als Prozentsatz des gesamten Stromverbrauchs des Rechenzentrums an.

Wieviel Energie verbraucht denn ein Rechenzentrum?

Rechenzentren verbrauchen viel Energie - mit rund 2100 Gigawattstunden waren Serverräume und Rechenzentren im Jahr 2019 für etwa 3,6 Prozent des hiesigen Stromverbrauchs verantwortlich. Sie machen 1 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus, weshalb es umso wichtiger ist, dass das Einsparpotenzial möglichst gut ausgeschöpft wird. Rechenzentren haben eine gewisse Verantwortung, wo immer möglich, ihren Energieverbrauch zu reduzieren.

Hierzulande könnte der Strombedarf der Rechenzentren auf bis zu 3500 Gigawattstunden pro Jahr steigen. Schliesslich ist der weltweite Internetverkehr im Jahr 2020 um mehr als 40 % gestiegen, was auf die Zunahme von Video-Streaming, Video Conferencing, Online Gaming und Social Networking zurückzuführen ist. Zusätzlich steigt die Nachfrage nach digitalen Services.

Andererseits hat sich aber über die letzten Jahre auch gezeigt, dass (trotz des exponentiellen Anstiegs des Internetverkehrs) starke Effizienzsteigerungen dazu beigetragen haben, das Wachstum der Energienachfrage von Rechenzentren zu begrenzen.

Quelle: ‘Global trends in internet traffic, data centres workloads and data centre energy use, 2010-2020’, https://www.iea.org/fuels-and-technologies/data-centres-networks

Wie berechnet man die PUE und DCiE?

Um die PUE zu berechnen, muss ein Unternehmen zwei Faktoren bestimmen:

1. Ihre IT-Last - die von den IT-Geräten verbrauchte Energie, die in der Regel von Stromverteiler (PDUs) gemessen wird.
2. Der Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums, einschliesslich aller Netzwerkgeräte, Kühlsysteme, Beleuchtung und Stromversorgung. In der Regel misst der Stromzähler den Gesamtenergieverbrauch.

Die Berechnung der PUE lautet:

Ein Rechenzentrum mit einem Energieverbrauch von 50.000 kWh und einem Verbrauch von 40.000 kWh für IT-Geräte hätte beispielsweise einen PUE-Wert von 1,25.

Für die DCiE kehrt man die Formel um:

Im vorherigen Beispiel hätte das Rechenzentrum einen DCiE von 80 Prozent.

Was sagt der PUE-Wert aus?

Rechenzentrumsanbieter sollten den PUE-Wert nutzen, um die Energieeffizienz kontinuierlich zu verbessern und das Rechenzentrum letztlich kosteneffizient zu machen. Je höher der PUE-Wert, desto ineffizienter ist der Energieverbrauch des Rechenzentrums. Umgekehrt gilt: Je näher der PUE-Wert bei 1 liegt, desto effizienter ist die Energienutzung.

Seit 2006 hat sich der PUE- Wert stark verändert. War damals bei einem PUE von 2,5 noch fast 2/3 ‘Schaum im Glas’, sind moderne Rechenzentren wie Interxion heute wie ein gutes Bier: 1/4 Schaum, 3/4 Bier. Oder anders: sie weisen eine PUE von 1,3 oder besser auf.

Nach Angaben des Uptime Institute lag der durchschnittliche PUE-Wert im Jahr 2021 bei 1,57, was bedeutet, dass Rechenzentren rund 60 Prozent ihres Energieverbrauchs für IT-Geräte aufwenden. Dies ist nur eine leichte Verbesserung gegenüber dem Wert von 1,59 im Jahr 2020, jedoch eine deutliche Steigerung gegenüber dem Durchschnittswert von 2,5 im Jahr 2006.

Interessanterweise hat Europa insgesamt die energieeffizientesten Rechenzentren und der Nahe Osten und Afrika die am wenigsten effizienten - das Klima und die höheren Stromkosten in Europa spielen dabei eine wichtige Rolle.

Quelle: Uptime Institute, https://journal.uptimeinstitute.com/datacenter-energy-efficiency-by-region/

Den PUE-Wert optimieren

Reduziert ein Anbieter seinen PUE-Wert, dann wird das Rechenzentrum ökonomischer und verschafft sich einen Vorteil gegenüber weniger effizienten Wettbewerbern. Dazu ein paar Ideen:

• Cold Aisle Containment - Die Einhausung des Kaltgangs trägt in Kombination mit der Eliminierung von Bypass-Luftströmen (Abdeckplatten, Bypass-Luft usw.) am meisten zur Verbesserung der PUE bei.
• Verbesserte Kühltechnologie - Ein Grossteil des Stroms in einem Rechenzentrum wird für die Kühlung der IT-Geräte verbraucht. Ob durch effizienteres Luftstrom-Management, fortschrittliche Kühlsysteme oder bessere Layouts - mit der Optimierung des Kühlsystems kann viel Energie eingespart werden.
• Kleine Optimierungen bringen grosse Wirkung - Jede kleine Optimierung zählt: Wenn Unternehmen weniger Energie verschwenden und sich für den Einsatz moderner Stromversorgung und automatischer Beleuchtung einsetzen, dann trägt das gesamte Rechenzentrum zur Reduzierung des PUE-Werts bei.
• Regelmässig messen - Es ist wichtig, dass ein Rechenzentrum seinen PUE-Wert regelmässig misst. Regelmässige Messungen decken nicht nur Probleme auf, sondern liefern auch ein klares Bild aller Bemühungen und Erfolge.

Denis Marusic, Director Operations, Digital Realty Schweiz

„Eine Betrachtung von PUE sollte unbedingt anhand von Trendanalysen erfolgen. Der Energieverbrauch kann je nach Tages- und Jahreszeit variieren - regelmässige Messungen helfen, diese Schwankungen auszugleichen.“

Digital Realty Schweiz geht noch einen Schritt weiter und hat ein langfristiges Abkommen mit dem Wärmeverbund Airport City abgeschlossen und liefert in Zukunft bis zu 12 Megawatt Wärme ins lokale Fernwärmenetz. Grund dafür ist das Bestreben, lokale Energie nachhaltiger zu nutzen sowie massiv weniger CO2 auszustossen. Mit dem Energieverbund sollen Gebäude nahezu CO2-emissionenfrei geheizt sowie nachhaltig gekühlt werden. Die Basis der Wärmeerzeugung ruht dabei auf der Abwärme der Interxion Rechenzentren.

Quelle: Die führende Energie- und Wärmelieferantin EBL wird auf dem Gelände von Digital Realty eine Energiezentrale errichten. Von dieser gehen dann die Fernwärme-/Fernkälteleitungen für die Region Rümlang und Opfikon aus.

Warum es so wichtig ist, den PUE-Wert zu reduzieren

PUE und DCiE zeigen, wie effizient ein Rechenzentrum Energie nutzt. Wenn Unternehmen wissen, wieviel Energie für die verschiedenen Prozesse verbraucht wird, können sie auch besser beurteilen, wie und wo sie Optimierungen vornehmen können, um Kosten zu sparen, ihren Service zu verbessern und nachhaltiger zu werden.

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