Grüner Software-Fix

US-Ingenieure haben spezielle Algorithmen entwickelt, mit deren Hilfe allein die Betreiber von Server-Farmen den Energieverbrauch um 35 Prozent senken können.

Es war einmal eine Hoffnung: Die weltweite Vernetzung könnte dazu beitragen, den Verbrauch von Ressourcen und Energie zu senken, weil manche Prozesse – wie etwa das Versenden eines Briefs – entstofflicht werden. Doch als in den vergangenen Jahren genauer hingeschaut wurde, zeigte sich, dass die vielen Rechenzentren der digitalen Welt selbst enorm viel Energie verschlingen. Seitdem wird nach Ideen für „grüne Rechenzentren“ gesucht. Eine präsentieren nun Forscher des MIT und der Bell Labs von Alcatel-Lucent: Mit Hilfe spezieller Algorithmen könnten die Betreiber von Server-Farmen ihren Energieverbrauch um 35 Prozent senken.

„Dieser Ansatz ist kein Allheilmittel, aber doch erheblich“, sagt Bell-Labs-Forscherin Emina Soljanin. Die Lösung lasse sich recht rasch kommerzialisieren, weil es sich um einen reinen Software-Fix handele.

Die Einsparung rechnet sich auch: Laut Muriel Médard vom Research Laboratory of Electronics am MIT könnten Betreiber pro Jahr 2,8 Millionen Dollar Energiekosten sparen, über die durchschnittliche Lebensdauer eines Rechenzentrums insgesamt sogar 18 Millionen Dollar. Médard leitete das Forschungsprojekt und nahm selbst die Kostenanalyse vor.

Die Lösung der Forscher setzt bei den verteilten Speichern von Rechenzentren an, so genannten Storage Area Networks. In ihnen werden enorme Datenmengen redundant vorgehalten: Vor allem von Videodaten werden etliche Kopien gespeichert, um Nutzern bei Streaming- und Download-Angeboten einen schnellen Service bieten zu können. Einige Rechenzentren können so mehrere Millionen Videoanfragen gleichzeitig verarbeiten.

Das neue Verfahren, „Network Coding“ genannt, verringert die Redundanz, ohne die reibungslose Bereitstellung der Daten zu beeinträchtigen. Algorithmen verwandeln dabei die Daten etwa eines Videos in eine Reihe mathematischer Funktionen. Die werden dann bei einem Aufruf ausgeführt, und vollständige Datenkopien sind in dieser Form der Bereitstellung nicht nötig. Bisherige Ansätze für ein Network Coding hatten sich auf die Wiederherstellung verlorener Daten konzentriert.

Die Gruppe von Muriel Médard hatte kürzlich eine ähnliche Technik ins Spiel gebracht, um die Bandbreite in drahtlosen Netzen zu vergrößern. Das Problem hierbei: In den Netzen wird die Bandbreite durch zahllose Datenpaket-Transfers geschmälert, die nur dazu dienen, unterbrochene Signale wiederherzustellen. Statt der Datenpakete selbst werden nur mathematische Funktion durch das Netz geschickt. Ein mobiles Endgerät mit passender Software kann daraus ohne großen zusätzlichen Rechenaufwand die eigentlichen Daten errechnen. Die Datenkapazität im Netz verzehnfache sich dadurch, sagt Médard. Die Technologie werde bereits von einigen Netzbetreibern lizenziert.

Dass Rechenzentren effizienter werden müssen, ist längst Konsens. Nach einer Studie der Unternehmensberatung McKinsey werden sie, wenn sich nichts ändert, im Jahre 2020 zusammengenommen mehr CO2-Emissionen verursachen als der weltweite Flugverkehr.

Neben einer effizienteren Datenverarbeitung gehen die ersten Unternehmen auch dazu über, ihre Rechenzentren aus erneuerbaren Energien zu versorgen. Apple etwa hat in Maiden im US-Bundesstaat North Carolina ein Zentrum in Betrieb genommen, dass seinen Strom aus einer 20-Megawatt-Solaranlage bezieht. Als Backup für lichtlose Stunden steht eine 10-Megawatt-Anlage aus Brennstoffzellen zur Verfügung. Apple sei hier in einem Lernprozess, sagt Peter Oppenheimer, Finanzvorstand des Computerkonzerns. "Andere Unternehmen können davon ebenfalls profitieren."

Das Paper:
Ulric Ferner, Muriel Médard und Emina Soljanin: "Toward Sustainable Networking: Storage Area Networks with Network Coding". (nbo)