Effizient und nachhaltig: Betrieb von IT-Infrastrukturen am LRZ
Für einen effizienten, nachhaltigen Betrieb setzt das LRZ auf innovative Technologie, auf eigene Forschung und auf Kooperationen.
Der Strom kommt zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien, und zum Kühlen der Computer fließt warmes Wasser durch die Racks, damit die Abwärme zum Heizen genutzt werden kann: Ein effizienter Umgang mit Energie ist am LRZ seit vielen Jahren wichtige Forderung im täglichen Betrieb und zudem Forschungsschwerpunkt. Wir setzen dabei auf das Vier-Säulen-Modell, weil wir wissen, dass der Stromverbrauch eines Rechenzentrums nicht nur von der eingesetzten Hard- und Betriebssoftware abhängt, sondern vor allem von einer ausgeklügelten Infrastruktur zur Versorgung der Systeme mit Strom, von der Kühlung der Hochleistungscomputer und von der Optimierung der Anwendungsprogramme.
Mit Hochschulen und europäischen Forschungsinstituten erkunden wir seit Jahren aktiv Hardware, Systemsoftware und Strategien fürs Programmieren, damit der Energieverbrauch unserer Systeme weiter sinken kann. In internationalen Gremien wie der Energy Efficient HPC Working Group ist das LRZ bei der Erarbeitung gemeinsamer Regeln für einen nachhaltigen Rechenzentrumsbetrieb und bei deren Standardisierung beteiligt.
So konnten wir den CO2-Fußabdruck des LRZ bereits minimieren: Heute heizt die Abwärme der Supercomputer unsere Büros. Weitere Ressourcen wie Wasser werden sparsam eingesetzt, außerdem können wir durch einen ausgeklügelten Kühl-Kreislauf auf umwelt- und klimaschädliche Kühlmittel verzichten. Auf seinen Dächern produziert das LRZ außerdem eigenen Strom, und durch kompetente Unterstützung von Forschenden sowie durch Workshops und Trainings verbreiten wir die Tricks und Strategien zum nachhaltigen Programmieren.
Das Vier-Säulen-Modell für Energieeffizienz
Passende Infrastruktur
Tausende von Sensoren sammeln heute Informationen aus Rechnergebäude, aus Hochleistungscomputern, Servern, Speichern, Kühlgeräten und, und, und: All diese Daten zeigen den Energieverbrauch sowie Verlustleistungen im Rechenzentrum auf – und damit viele Möglichkeiten, die Stromaufnahme zu drosseln.
Produktive Hardware
Auf die Computerhardware entfällt im Rechenzentrum der größte Teil des Energieverbrauchs. Sie wird am LRZ regelmäßig erneuert, weil neue Komponenten effizienter rechnen. Inzwischen kann die Rechenleistung durch spezialisierte Beschleuniger und durch Graphical Processing Units (GPU) verbessert werden.
Praktische Software
Effiziente Hardware spielt ihre Vorteile dann aus, wenn die Betriebssoftware die eingebauten Mechanismen zur Verringerung der Energieaufnahme clever unterstützt und steuert. Eine Herausforderung in parallelen Hochleistungssystemen, die aus hunderttausenden Recheneinheiten sowie Tausenden von Rechenkernen aufgebaut werden und immer komplexer werden.
Optimierte Anwendungen
Die zunehmende Komplexität von High-Performance Computern (HPC) verlangt von Nutzerinnen Aufwand beim Programmieren und vor allem Portieren ihrer Anwendungen, damit die wissenschaftlichen Codes effizient und sparsam ausgeführt werden. Das Augenmerk liegt dabei auf dem Austausch von Daten zwischen Rechen- und Speichereinheiten.
Auf dem Weg zum energieeffizienten Rechenzentrum
Seit 2024 arbeitet das LRZ an der Einführung eines Umweltmanagementsystems – kurz EMAS – um in allen Teams und Abteilungen einen schonenden Umgang mit natürlichen Ressourcen einzuführen. Mitarbeitende überprüfen dafür ihre Arbeitsweisen, um den Stromverbrauch oder den Einsatz von Verbrauchsmaterialien zu senken; Teams und Abteilungen kontrollieren Prozesse auf das Potenzial, Rohstoffe, Wasser oder Strom einzusparen oder das Müllaufkommen zu senken.
Strom sparen & selbst produzieren: Photovoltaik auf dem Dach
Nachhaltigkeit wird am LRZ nicht nur durch Maßnahmen zum Stromsparen erzielt, sondern auch durch den Einsatz von erneuerbaren Energien: Da hierzulande sowohl Energie aus fossilen wie auch aus erneuerbaren Quellen ins verfügbare Stromnetz eingespeist werden, arbeitet das LRZ mit Versorgern, die durch Grünstrom-Zertifikate und Nachweisen zur CO2-Kompensation für Nachhaltigkeit in ihren Lieferketten sorgen. Doch das reicht nicht aus: Auf dem Dach des LRZ wurden 2024 Solar-Module installiert, mit dem das Rechenzentrum zusätzlich noch eigenen Strom produziert. Rechner- und andere Gebäude bieten weitere Flächen zum Einsammeln von Sonnenenergie.
Grundlagenforschung für mehr Energieeffizienz in Rechenzentren
Mit nationalen und europäischen Hochschulen und Forschungsinstituten erkundet das LRZ Computerhardware und Programmierschemata. Dabei leistet das Bavarian Energy, Architecture and Software Testbed (BEAST) beste Dienste: Hier lassen sich Benchmarks überprüfen oder verbessern, können außerdem Codes getestet und optimiert werden. Damit die Erkenntnisse nicht nur die Wissenschaft voranbringen, arbeitet das LRZ in internationalen Gremien wie der Energy Efficient HPC Working Group mit und erarbeitet dort gemeinsame Regeln und Standards für einen nachhaltigen Rechenzentrumsbetrieb.
