Effizienz – an mildem Tag gemessen

Die Effizienzwerte von Rechenzentren werden wie feste Eigenschaften eines Gebäudes angegeben. Das sind sie jedoch nicht. Der PUE-Wert schwankt je nach Wetter, Auslastung und Alter der Infrastruktur – und der in der Broschüre angegebene Wert wurde fast immer unter den für ihn günstigsten Bedingungen ermittelt.

Ein Artikel unseres Geschäftsführers Matthias Haymoz für Freshly Brewed Intelligence.

Westeuropa hat gerade den heissesten Juni seit Beginn der Aufzeichnungen hinter sich – mehr als 3 °C über dem saisonalen Durchschnitt, wobei 252 deutsche Wetterstationen Allzeitrekorde verzeichneten – und die Hitzewellen halten seitdem unvermindert an. Irgendwo auf dem Kontinent, am heissesten Nachmittag dieses Rekord-Sommers, läuft eine Serverhalle am Rande ihrer Kühlkapazität, während der Effizienzwert auf ihrer Website möglicherweise genau dort steht, wo er schon immer stand – gemessen, einmal, unter den milden Bedingungen eines Aprils.

Es gibt Präzedenzfälle dafür, wie solche Nachmittage enden können. Als in Grossbritannien im Juli 2022 die 40 °C-Marke überschritten wurde, fiel die Kühlung in Londoner Standorten zweier der weltweit grössten Cloud-Anbieter aus; Googles Vorfallbericht beschrieb einen „gleichzeitigen Ausfall mehrerer redundanter Kühlsysteme“. Die Maschinen wurden zum Schutz abgeschaltet. Die Dienste fielen aus. Den Ingenieuren, die an jenem Tag unermüdlich arbeiteten, trifft keinerlei Schuld – es herrschte eine Hitze, für die kein britisches Gebäude ausgelegt war, und sie haben sich damit auseinandergesetzt. Das Detail, das es zu beachten gilt, ist unauffälliger: Jede Einrichtung, die Probleme hatte, verfügte über einen Effizienz-Wert in ihren Unterlagen, und wie auch immer dieser Wert aussah – er wurde nicht an einem Nachmittag wie diesem gemessen.

Das ist das offene Geheimnis dieser Zahl. Die Effizienz, die Ihnen verkauft wurde, wurde an einem milden Tag gemessen.

Eine Zahl mit einem Wetterproblem

Die Energieeffizienz (Power Usage Effectiveness – PUE), also das Verhältnis des Gesamtenergieverbrauchs einer Anlage zu der Energie, die tatsächlich die IT-Geräte erreicht, ist die beliebteste Kennzahl der Branche. Sie taucht in Broschüren, Ausschreibungen, Nachhaltigkeitsberichten und Bauanträgen auf, fast immer als einzelne, statische Zahl: Unsere Anlage arbeitet mit einem PUE von 1,2.

Doch PUE ist keine Eigenschaft eines Gebäudes. Sie ist ein Verhaltensmerkmal und unterliegt Schwankungen.

Sie ändert sich je nach Wetterlage. Selbst die von der Branche selbst veröffentlichten Angaben geben dies zu. Die von Google veröffentlichten Quartalszahlen – wie fast alle im Umlauf befindlichen PUE-Werte, die vom Betreiber gemeldet und von niemandem unabhängig geprüft werden – zeigen, dass die Werte in den Sommerquartalen durchweg über denen der Winterquartale liegen und dass Standorte innerhalb derselben Flotte innerhalb eines einzigen Quartals Werte zwischen 1,04 in Ohio und 1,26 in London aufweisen.

Eine Zahl, die niemand überprüft, kann das Wetter dennoch nicht ausser Acht lassen.

Gleicher Unternehmensstandard, gleiche Ingenieurskultur; unterschiedliche Luft ausserhalb der Wände.

Sie schwankt mit der Auslastung. Die PUE ist ein Verhältnis, und der Overhead im Zähler ist im Wesentlichen fest: Kältemaschinen, Pumpen, Transformatoren und Lüfter verbrauchen Strom, unabhängig davon, ob die Server ausgelastet sind oder im Leerlauf laufen. The Green Grid – das Konsortium, das diese Kennzahl entwickelt hat – warnt in seinen eigenen Leitlinien, dass „der PUE eines typischen Rechenzentrums je nach Auslastung der IT-Systeme variiert“, und weist auf die unangenehme Folge hin: Ein Betreiber, der seine Server virtualisiert und den tatsächlichen Energieverbrauch senkt, kann beobachten, wie sich sein PUE verschlechtert, da sich die festen Betriebskosten nun auf eine geringere IT-Auslastung verteilen. Eine Anlage mit 40 % Auslastung im ersten Jahr weist nicht die gleiche Leistung auf wie dieselbe Anlage mit 85 % Auslastung im vierten Jahr.

Und sie verändert sich mit zunehmendem Alter. Der „2025 Global Data Center Survey“ des Uptime Institute beziffert den durchschnittlichen jährlichen PUE der Branche auf 1,54, während Anlagen, die in den letzten fünf Jahren in Betrieb genommen wurden, einen Durchschnittswert von 1,48 aufweisen; diese Lücke vergrössert sich, wenn die Anlage verschleisst, Filter verstopfen und Sollwerte abweichen. Die Zahl in der Broschüre altert nicht. Das Gebäude schon.

All dies gilt, noch bevor man fragt, was der PUE gänzlich ausser Acht lässt: die halb im Leerlauf befindlichen Server, den Wasserverbrauch, den CO₂-Ausstoss. Dieser Frage wird später in dieser Reihe ein eigener Beitrag gewidmet.

Die „Mild-Day“-Maschine

Diese Schwankungen sind niemandes Verschulden. Die Physik darf eben Physik sein. Das Problem ist die Praxis, die sich darum herum entwickelt hat: eine schwankende Zahl so zu behandeln, als wäre sie feststehend, und den schmeichelhaftesten Messwert, den sie jemals erbracht hat, für das Ganze stehen zu lassen.

Denn wenn eine Zahl je nach Wetter, Auslastung und Alter schwankt, bestimmt derjenige, der den Zeitpunkt der Messung wählt, auch das Ergebnis. Und der gewählte Zeitpunkt – für die Pressemitteilung zur Inbetriebnahme, die Verkaufspräsentation oder den Planungsantrag – ist selten der Augustnachmittag im dritten Betriebsjahr bei Teillast. Es handelt sich vielmehr um die Auslegungsschätzung oder den Inbetriebnahmetest: neue Anlagen, ideale Bedingungen, oft eine simulierte Last, die für echte Kunden steht. Die eigene Untersuchung der Kennzahl durch The Green Grid äussert sich unverblümt zur Haltbarkeit solcher Zahlen: „Der ursprüngliche Entwurf eines Rechenzentrums ist bereits am Tag nach Abschluss der Installation und Inbetriebnahme veraltet.“ Dasselbe Dokument warnte von Anfang an davor, Einrichtungen überhaupt anhand öffentlich gemeldeter PUE-Werte zu vergleichen – der Kontext hinter jeder Zahl variiert zu stark, als dass der Vergleich aussagekräftig wäre.

Dennoch basieren zwei Jahrzehnte Marketing auf genau diesem Vergleich.

Um klarzustellen, worauf sich die Kritik bezieht: Das Ziel ist hier eine Praxis, nicht die Betreiber – von denen viele ihre tatsächlichen Zahlen auf drei Dezimalstellen genau kennen und diese täglich verwalten. Die Praxis besteht darin, eine Momentaufnahme des besten Falles so darzustellen, als wäre sie die betriebliche Realität, und eine Auslegungsprognose für einen milden Tag an die Stelle der schweisstreibenden, halb ausgelasteten Realität des ganzen Jahres zu setzen. Sie hält sich hartnäckig, weil sie keine Kosten verursacht. Ein angegebener Wert von 1,2 und ein gemessener Wert von 1,5 sehen auf einer Folie identisch aus.

Der milde Tag neigt sich dem Ende zu

Derzeit wirken drei Faktoren auf diese Praxis ein, und jeder einzelne davon stellt weniger eine Bedrohung als vielmehr eine Einladung dar, sich zu verbessern.

Der erste Faktor ist die Stagnation, die nicht länger als Fortschritt dargestellt werden kann. Die Umfrage von Uptime zeigt, dass der Branchendurchschnitt seit sechs Jahren in Folge praktisch unverändert ist – nachdem er von 2,5 im Jahr 2007 auf 1,65 im Jahr 2014 stark gesunken war. Die leicht zu erzielenden Verbesserungen sind vorbei. Wenn sich die tatsächlichen flottenweiten Zahlen nicht mehr verbessern, lässt sich die Diskrepanz zu den Zahlen in den Broschüren immer schwerer erklären.

Die zweite Herausforderung ist das Wetter, das Gebäude immer wieder ohne Vorankündigung „überprüft“. Genau das geschieht gerade jetzt, eine Hitzewelle nach der anderen, auf einem ganzen Kontinent.

Die dritte Herausforderung ist die Regulierung, die zumindest teilweise nicht mehr mit Momentaufnahmen zufrieden ist. Im Rahmen des EU-Berichtssystems für Rechenzentren, das durch die Neufassung der Energieeffizienzrichtlinie eingeführt wurde, müssen grosse Anlagen nun jedes Jahr ihre Energie- und Wasserindikatoren aus dem tatsächlichen Betrieb melden – nicht aus den Planungsunterlagen. Die Schwachstelle des Systems besteht darin, dass die Zahlen weiterhin selbst deklariert werden: Eine unabhängige Überprüfung der Leistungskennzahlen ist nicht erforderlich, sodass eine gemeldete Zahl nach wie vor eher eine Behauptung als ein Beweis ist. Ein Anfang also, kein Ende, doch die Richtung ist unverkennbar. Die jährliche, gemessene Berichterstattung auf Basis des tatsächlichen Betriebs wird zum Mindeststandard, und eine Zahl, die einmal – kurzzeitig im April – zutraf, wird diesen Standard nicht erfüllen.

Effizienz ist eine Leistung, keine Bewertung

Es gibt einen einfachen Ausweg aus dieser Situation, der keinerlei ausgefallene Massnahmen erfordert: Geben Sie das gesamte Jahr an – alle zwölf Monate, einschliesslich heisser Nachmittage –, gemessen an den Zählern und überprüft von einer Person, die kein persönliches Interesse am Ergebnis hat – anstatt nur das beste Quartal oder den Inbetriebnahmetest zu berücksichtigen. Alles, was kürzer ist, ist eine Anekdote, und alles, was nicht geprüft wurde, ist eine Behauptung.

Ein auf diese Weise ermittelter Wirkungsgrad ist – fast schon per Definition – weniger schmeichelhaft als die Zahl in der Broschüre. Es ist zudem die einzige Art von Wert, die eine Hitzewelle übersteht.

Denn die Effizienz eines Rechenzentrums ist kein werkseitig festgelegter Nennwert. Es handelt sich um eine Leistung, die an jedem Nachmittag des Jahres aufrechterhalten wird – oder auch nicht. Seit zwanzig Jahren geben die Broschüren Werte für milde Tage an. Der ehrliche Wert ist das gesamte, verifizierte Jahr. Und zunehmend ist dies der einzige Wert, den noch jemand akzeptieren wird.