Mehr Effizienz beim Lagern von Daten
Das Speichern digitaler Daten von Google, Facebook und Co. verbraucht Unmengen an Energie. Wissenschaftler arbeiten deshalb laufend daran, diese zu reduzieren. IT-Spezialisten entwickelten jetzt neue elektronische Bausteine, die helfen sollen, Strom zu sparen, wie das Onlinemagazin Inside Science kürzlich berichtete.
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Gigantische Lagerhallen mit Tausenden Computerservern bilden die digitalen Rechenzentren der USA. Das US-Energieministerium rechnet vor, dass diese im Jahr 2014 für rund ein Fünftel des gesamten Energieverbrauchs im Land verantwortlich waren. Vergleicht man diesen Wert mit Einzelhaushalten, könnten etwa 6,4 Millionen Haushalte in den USA ein Jahr lang versorgt werden. Da die Anzahl der Onlineangebote stetig wächst, ist also davon auszugehen, dass auch der Energieverbrauch steigen wird.
Großes Einsparpotenzial bei Caches
Etwa 40 Prozent des benötigten Stroms in Rechenzentren werden für die Kühlung der Computer gebraucht. Google pumpt dafür Meerwasser in die Lager, während Microsoft sogar damit experimentiert, Datenspeicher unter Wasser zu bauen. Um jedoch die Energieeffizienz zu steigern, sind neue, innovative Methoden gefragt: Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) fanden jetzt heraus, dass gerade bei den Zwischenspeichern - Caches - rund zehn Prozent der Energie eingespart werden können.
Caches speichern Daten üblicherweise mittels eines DRAM-Mikrochips (Dynamic Random Access Memory). Diese sind zwar schnell, haben aber sehr einen sehr hohen Stromverbrauch. Stattdessen entwickelten die MIT-Ingenieure den Blue Cache - eine Art USB-Stick, der zwar rund zehn Prozent mehr kostet und um fünf Prozent mehr Energie verbraucht, dafür aber über 100 Mal so viel Speicherkapazität verfügt wie ein DRAM-Mikrochip.
Blue Cache immerhin schneller als Gehirn
Obwohl der Blue Cache langsamer ist als ein DRAM-Speicher, ist er immer noch viel schneller als die Aufnahmefähigkeit des menschlichen Gehirns. So könnten Rechenzentren Energie sparen, ohne dass es die Internetnutzer überhaupt mitbekämen. Anstatt auf Software zu vertrauen, nutzen die IT-Experten spezielle Schaltungsmechanismen in der Hardware, die die Geschwindigkeit erhöhen und den Stromverbrauch niedrig halten. Darüber hinaus fasst der Blue Cache Suchanfragen aus mehreren Zwischenspeichern zusammen, um die Schnelligkeit in der Kommunikation zu steigern.
Effizienz durch Bündelung von Arbeitsschritten
Eine vergleichbare Strategie verfolgen auch die Elektrotechniker der Princeton-Universität. Ihrer Studie zufolge speichern Rechenzentren oft viele verschiedene, aber doch sehr ähnliche Informationen eines Nutzers. Diese entstehen beispielsweise beim Lesen von E-Mails, beim Surfen im Internet sowie beim Hin- und Herspringen zwischen den einzelnen Arbeitsschritten. Aus diesem Grund entwickelten die Princeton-Forscher einen Mikrochip namens Piton, der erkennt, wenn User ähnliche Anwendungen nacheinander ausführen, und bündelt diese Informationen. Laut den IT-Experten könne so die Energieeffizienz von Rechenzentren um 20 Prozent gesteigert werden.
Zusätzlich fanden die Forscher heraus, dass durch ein engeres Aneinanderreihen von Prozessoren auf einem Piton-Chip, die Leistungsfähigkeit um bis zu 29 Prozent erhöht werden kann. Dieses Spiel könne man immer weiter spielen, indem man Tausende Chips und Millionen von Magnetkernen aneinanderreihe, erklärte David Wentzlaff von der Princeton-Universität.
Umweltfreundliche Rechenzentren?
Das Ziel vieler Datenlager sei nicht nur, möglichst energiesparend zu arbeiten, sondern den dafür benötigten Strom aus eigens erzeugten, erneuerbaren Energiequellen zu gewinnen, so Inside Science. Doch frühere Forschungen der Universität von Massachusetts hätten gezeigt, dass das massenhafte Speichern von Daten mehr Strom verbraucht, wenn sich die Rechenzentren ausschließlich auf Sonnen- oder Windenergie verlassen. Denn natürliche Stromquellen seien wetterabhängig und somit unzuverlässig. Demnach sei die Laufzeit eines Computerprogramms länger, „und ein längerer Prozess bedeutet einen höheren Energieverbrauch“, erklärte der Forscher Michael Zink gegenüber Inside Science.
Trotzdem dürfe die Hoffnung in erneuerbare Energien, etwa mittels Solarzellen, nicht aufgegeben werden: „Computersysteme sind äußerst flexibel. Die Nutzlast eines Rechenzentrums kann einfach an ein anderes geschickt werden, wo vielleicht gerade die Sonne scheint“, so David Irwin von der Universität von Massachusetts.
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