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Feature Stories - Alles hat sein Gutes: ökologische Konzepte für Clouds

Heutzutage geht alles online - oder ab in die Datenwolke, die "Cloud", wie wir es heute nennen. Wir erwarten regelrecht, von jedem beliebigen Gerät aus Zugang zu unseren E-Mails, Fotos und Dateien zu bekommen. Die Datenzentren, die Zettabytes an Daten zu verarbeiten und zuzustellen haben, werden so zu den bedeutendsten Stromverbrauchern überhaupt. Ein EU-finanziertes Projekt setzt nun auf cleveres 3D-Design, um einen energieeffizienten Super-Serverchip zu bauen.

Digitale Wirtschaft

Obgleich der Klimawandel die politische Agenda beherrscht, verbrauchen wir alle immer noch fürchterlich viel Energie, was vor allem unseren immer zahlreicheren elektronischen Geräten zuzuschreiben ist. Wir müssen Laptops und Smartphones aufladen; iPods synchronisieren. Wir nutzen das Internet zum Einkaufen, zur Unterhaltung und Bildung und vergessen dabei nur allzu leicht, dass sogar eine einfache Suche im Internet Strom verbraucht. Der Marktanalyst IDC schätzt ein, dass das digitale Universum bereits 2011 über 1,8 Zettabyte Daten an Informationen verfügte (ein Zettabyte ist eine Milliarde Terabyte; ein Terabyte sind tausend Gigabyte). Und das Unternehmen sagt bis zum Jahr 2020 einen Anstieg dieser Menge auf 35 Zettabyte voraus. Innerhalb der nächsten 15 Jahre werden außerdem Billionen von "Dingen" - Geräte, Sensoren, Objekte - mit dem Internet verbunden werden und die Datenzentren regelrecht mit gewaltigen Mengen an Rohdaten überschwemmen, die dann gespeichert, verarbeitet und analysiert werden müssen. Betrachtet man diese Angelegenheit unter diesem Blickwinkel, so ist es vielleicht weniger überraschend zu entdecken, dass ein typisches Rechenzentrum bis zu 20 Megawatt (MW) Energie verbraucht. Zum Vergleich: Eine übliche Windkraftanlage hat eine Leistung von bis zu 1,5 MW. "Der Energieverbrauch der Server und die Kosten für die Hardware sind in den Datenzentren, in denen die Server eingebaut werden, von immer größerem Interesse", sagt Dr. Emre Özer, FuE-Ingenieur im Chiptechnologieunternehmen ARM. "Cloud-Server nutzen hochwertige, teure und energiehungrige Prozessoren und die Chiphersteller befinden sich jetzt an der Grenze dessen, was sie problemlos tun können, um die Energieverschwendung zu minimieren." Ökologischer herangehen Dr. Özer koordiniert das EU-finanzierte RP7-Projekt "The energy-conscious 3D server-on-chip for green cloud services", bekannt unter der Abkürzung EuroCloud-"247779", welches die Frage untersucht, ob 3D-Serverchips eine Möglichkeit bieten, den übermäßigen Hunger auf Energie zu zügeln. EuroCloud-"247779" ist eines der europäischen Leuchtturmprojekte im Bereich Computing Systems. Die Idee besteht darin, Prozessorkerne und Speicher nah zueinander und in drei Dimensionen einzubetten. Der Zugriff auf On-Chip-Speicher verbraucht deutlich weniger Energie, da die realen Abstände zwischen den Bauteilen kürzer sind und es weniger "Verbindungsstellen" gibt, welche die Elektronen auf ihrem Weg vom Speicher zum Prozessor durchqueren müssen. "3D-Chiptechnologie ist schon eine Weile aktuell, insbesondere im Bereich Mobile Computing, wo Miniaturisierung und Energieeffizienz grundlegende Bedeutung für die entsprechenden Geräte haben. Haupthindernis für die 3D-Chiptechnologie auf dem Weg zur Massenproduktion waren bisher die hohe Fertigungskosten", erläutert Dr. Özer, "aber die Halbleiterfirmen investieren jetzt ganz erheblich in FuE, um diese Hürde zu überwinden." Bisher haben die EuroCloud-Partner ihre Designkonzept für die neue Architektur des Servers in Chipform entwickelt. Das Projekt konnte außerdem ein Framework zur Überwachung des thermischen Verhaltens der 3D-Chips entwickeln. Die Effizienz dieser Chips ist eng daran gekoppelt, wieviel Wärme sie erzeugen und wie einfach sie kühl zu halten sind. Chips einbetten "Wir haben bereits bewiesen, dass mehrere Server auf einem Chip die Serverchip-Leistungsdichte im Vergleich zu nach heutigen Technologien gebauten existierenden Serverchiparchitekturen um 15% erhöhen", bilanziert Dr. Özer. Diese ersten Resultate stammen aus Simulationen von Chips, die mehrere Server enthalten, in die aber keine 3D-Speicher integriert sind. "Wir befinden uns noch im Prozess der Messung der Chipleistungsdichte und von Energienutzungsgrad/Kosteneffizienz von mehreren Servern auf einem Chip mit integrierten 3D-Speichern", fährt er fort. "Unser erklärtes Ziel ist es, diese Chips energetisch zehnmal günstiger zu machen." Und rechnet man diese erhöhte Energieeffizienz auf die Größenordnung eines Datenzentrums hoch, wird das zu riesigen Energieeinsparungen führen. Das Projekt hofft nach der Entwicklung eines Machbarkeitsnachweises darauf, dass das moderne Server-on-Chip-Design den Industriesektor dazu inspirieren wird, Serverchips zu entwickeln, die möglicherweise Hunderte eingebettete Kerne enthalten werden. '' Wir gehen fest davon aus, dass eines Tages Datenzentren mit einer Million Prozessoren Realität werden", prognostiziert Dr. Özer. "Wir wissen genau, dass wir sie brauchen, um der Nachfrage nach Cloud-Diensten gerecht zu werden, aber wir wollen dies ohne einen massiven Anstieg des Energieverbrauchs realisieren." EuroCloud-"247779" erhielt bei einem Gesamtprojektbudget in Höhe von 5,4 Millionen EUR 3,3 Millionen EUR Finanzmittel innerhalb des IKT-Prgramms "Computing Systems" des Siebten EU-Rahmenprogramms (RP7). Nützliche Links: - Website "The energy-conscious 3D server-on-chip for green cloud services" - Eurocloud-Factsheet auf CORDIS Weiterführende Artikel: - Magnetischer Mikrochip: Wissenschaftler wird mit European Award ausgezeichnet