Höhere Effizienz der Rechenzentren verhindert einen massiven Anstieg des Verbrauchs

Das Bundesamt für Energie (BFE) hat Anfang Mai die neuen Statistiken zu den Rechenzentren in der Schweiz “Rechenzentren in der Schweiz –Stromverbrauch und Effizienzpotenzial” veröffentlicht. Der vollständige Bericht ist nun verfügbar. Aus diesem Anlass hat energeiaplus mit dem Projektleiter, Martin Jakob vom Zürcher Unternehmen TEP Energy, gesprochen, um die wichtigsten Erkenntnisse seiner Untersuchungen zu erfahren. 

Energeiaplus: Der Bericht zeigt, dass der Energieverbrauch von Rechenzentren nur moderat gestiegen ist. Wie lässt sich erklären, dass der erwartete sprunghafte Anstieg ausgeblieben ist?  

Martin Jakob: So banal es klingt, es hat auch mit simpler Arithmetik zu tun. Wenn nur ein Segment von drei oder vier wächst und die anderen stagnieren, relativiert sich das Wachstum des einen Segments schon mal deutlich. Die öffentliche Wahrnehmung hat sich vor allem auf die neuen grossen Rechenzentren (RZ) im Grossraum Zürich fokussiert. Dabei gingen die internen Rechenzentren von Firmen und Verwaltungen, die klassischen, kleinen und mittleren Colocation-Zentren sowie die restlichen Rechenzentren in der Schweiz vergessen. Die Auslagerungen, die zu Konsolidierungen, Schliessungen oder Redimensio­nierun­gen bei internen RZ führen und die damit verbundenen Effizienzgewinne, sind weit weniger sichtbar. Zu der Frage nach den Erwartungen: Viele liessen sich wohl von weltweiten Meldungen und den sichtbaren Grossprojekten leiten. Ich selbst war schon vor ein paar Jahren skeptisch, einfach alle im Raum stehenden Projekte zusammen zu zählen und damit eine Prognose oder Erwartung zu erzeugen. In unseren Expertengesprächen hat sich nun herausgestellt, dass nur ein Bruchteil der Anfragen, die Stromnetzbetreiber zum Anschluss von Rechenzentren erhalten, auch umgesetzt werden. 

Spielt es eine Rolle, dass viele Rechenzentren heute gar nicht am Limit betrieben werden und deshalb weniger Strom brauchen als man denkt? 

Ja, das spielt eine grosse Rolle. Viele der heute bestehenden Rechenzentren sind noch nicht vollständig ausgelastet, wodurch der Stromverbrauch tiefer liegt, als es die bei den Stromnetzbetreibern hinterlegte maximale Anschlussleistung oder die öffentlich bekannten Leistungsdaten von RZ vermuten lässt. Das zeigen unsere Erhebungen und auch die des Kantons Zürichs.

Martin Jakob, TEP Energy

Mit der Grundlagenstudie können wir aufzeigen, dass der Anstieg aus verschiedenen weiteren Gründen nur moderat ausfiel. Wichtig hierbei: in der Schweiz findet kaum Training von grossen KI-Modellen statt. Ebenfalls wesentlich ist die Effizienz, die sich in mehreren Aspekten äussert. Einen grossen Beitrag liefert die Verlagerung in den letzten Jahren von kleineren, internen Serverräume oder RZ in Colocation und Cloud-RZ. Diese können wegen besserer Auslastung effizienter betrieben werden, man spricht von höherer Virtualisierung. Dies spart IT-Geräte, Kühlinfrastruktur und damit Strom. Die heutigen Server sind zudem sehr viel leistungsfähiger und auch energetisch effizienter. Heute verwendet ein Server für dieselbe Rechenleistung deutlich weniger Strom. Würde man bei der heutigen Nachfrage nach IT-Leistung die Server und Speicher von vor fünf Jahren verwenden, läge der Strom­verbrauch um 20-40% höher. IT-seitig verlaufen die Trends momentan weg von Harddisks hin zu SSD und zu einer höheren Virtualisierung von Ser­vern und Speichern. Bei der RZ-Infrastruktur wurden vom Hyperscaler bis zum kleinen internen RZ Massnahmen wie die Einhausung von Serverracks und die Trennung von Kalt- und Warmgängen umgesetzt. Dies hat zu einer allgemeinen Verbesserung des Effizienzkennwerts PUEs  (Power Usage Effectiveness) geführt.  

Welche wesentlichen Veränderungen sind seit der Veröffentlichung des letzten Berichts zu beobachten?  

Die eben genannte Auslagerung von internen RZ zu Colocation- und Cloud-RZ ist sicherlich eine wichtige Veränderung der letzten Jahre. Dies betrifft auch bei Unternehmen, die vorher kein internes RZ oder einen Serverraum hatten, denn immer mehr Anwendungen laufen nicht mehr auf einzelnen PCs, sondern online, d.h. in einem RZ. Dies betrifft die klassischen Office Anwendungen inkl. Buchhaltung, Mitarbeiter- und Kundenverwaltung sowie verschiedene Branchen-Software. Ausdruck davon ist, dass die Fläche der kommerziellen Rechenzentren in der Schweiz zwischen 2020 und 2024 um etwas mehr als ein Viertel angestiegen ist.  

Global gesehen ist die Künstliche Intelligenz, die KI, derzeit natürlich  einnatürlich ein intensiv diskutiertes Thema. Wir haben in unserer Studie jedoch herausgefunden, dass die KI in der Schweiz aus energetischer Sicht eine geringe Rolle spielt.  

Sie sagen, die Künstliche Intelligenz spielt in der Schweiz derzeit nur eine untergeordnete Rolle – wie erklären Sie sich das?  

Die KI spielt in der Schweiz durchaus eine gewisse Rolle, einfach nicht beim Stromverbrauch, sondern bei der Anwendung. KI ist in der Schweiz sowohl im Alltag der Menschen als auch bei den Unternehmen angekommen.  Da besteht auch noch Wachstumspotenzial. Vom sehr energieintensiven Trainieren der KI-Modelle, das in gewissen Ländern und Regionen zu einem starken Anstieg der installierten Leistung und des Stromverbrauchs führt, ist die Schweiz hingegen weniger betroffen. Der Grund dafür ist, dass die Strom- und auch die Bodenpreise  im Vergleich zu anderen Regionen hoch sind und die Schweiz  keine aktive RZ-Förderpolitik betreibt. Auch grosse Freiflächen für ganz grosse RZ sind eher rar. Und wenn es potenzielle Flächen gibt, haben diese oft nicht die nötigen Kapazitäten bei der Stromversorgung. Wo die Schweiz jedoch Standortvorteile besitzt, ist bei ihrer politischen und gesellschaftlichen Stabilität und Sicherheit. Das könnte eine Rolle spielen, wenn das Thema Sovereign Cloud  (Geschützte Cloud-Infrastruktur) konkreter wird. Unternehmen und die Forschung sind durchaus interessiert, die KI verstärkt zu nutzen, wenn die Rahmenbedingungen bezüglich Datenschutz und Vertraulichkeit gewährleistet werden.  

Was hat Sie bei der Erstellung dieses Berichts überrascht?  

Überrascht hat mich die hohe Konzentration bei den grossen RZ auf den Grossraum Zürich und den angrenzenden Regionen im Aargau und in Schaffhausen Die kleinen und mittleren RZ hingegen sind viel mehr über die Schweiz verteilt. Überrascht hat mich auch die Grösse der Neubauprojekte und dass diese gebaut werden, obwohl die kleinen und mittleren RZ teilweise noch gar nicht ausgelastet sind. Unerwartet war für mich auch die noch sehr tiefe Auslastung bei den grossen RZ; diese beträgt gemäss Erhebung des Kantons Zürich nur 30%. Es ist klar, dass man beim Neubau eines RZ gewisse Reserven einplant, aber zum Teil sind auch die Befragten etwas skeptisch, ob diese nicht zu gross seien. Erstaunt hat mich auch, dass selbst eine renommierte Organisation wie die International Energy Agency (IEA) in ihrem Bericht “Electricity 2024 Analysis and Forecast to 2026” den Stromverbrauch der RZ in Europa zunächst überschätzt hat. Das zeigt, wie wichtig fundierte Grundlagen sind.   

Lässt sich die Effizienz von Rechenzentren noch weiter verbessern?  

Durchaus. Das Energieeffizienzpotential ist weiterhin hoch bei 38% des Stromverbrauchs. Effizienzsteigerungen lassen sich sowohl auf der Infrastrukturseite als auch auf IT-Seite noch umsetzen. Für die Infrastruktur wäre das vor allem im Bereich der Kühlung, der Luft- und Kältemittelführung sowie bei der unterbrechungsfreien Stromversorgung sinnvoll. Die IT-Seite kann insbesondere durch optimierte Auslastung, Konsolidierung und effiziente Server- und Speichertechnologien verbessert werden. Die Gesamteffizienz des Energiesystems lässt sich auch steigern, wenn die Wärme von Rechenzentren stärker genutzt wird. Hier ist eine stärkere regionale und lokale Koordination sehr wichtig.  

Was ist in den nächsten Jahren zu erwarten? Der Bericht schaut bis 2030 – das ist fast schon morgen, aber was kommt danach? 

Ja, 2030 ist schon bald. Aus Sicht der IT ist es jedoch ein beachtlicher Zeitraum, eine ganze Gerätegeneration. Auch wenn die Dynamik gerade im Bereich RZ-Bau und KI momentan hoch ist, lassen sich doch gewisse Überlegungen anstellen. Im laufenden Projekt des BFEs zu den Energieperspektiven tun wir das gerade. Hier arbeiten wir mit Szenarien. Die Kunst dabei ist, eine gewisse Bandbreite an möglichen Entwicklungen zu skizzieren und dabei nicht allzu spekulativ zu werden. Im Bereich Energienachfrage im Allgemeinen und bezogen auf den Bereich IT im Speziellen trifft man häufig auf Überschätzungen und selten auf Unterschätzungen. Darauf gehen wir bereits in der Studie teilweise ein, ein Blick reinwerfen lohnt sich also…  

Fabien Lüthi, Kommunikation Bundesamt für Energie
Bild: IStock und Evi Fragkolia