Server mit Intels Xeon-5500-CPUs gelten als sehr Energieeffizient. Anhand dieses Beispieles können Sie Ihrem Kunden demonstrieren, was besonders stromsparende Komponenten bringen. Die Ergebnisse nämlich - mit Low-Power-Mainboard, hocheffizientem Netzteil, Solid State Disk und eine reduzierter DIMM-Anzahl - gelten in der Praxis für alle Server.
Geht es um einen neuen Server, so liegen die beliebten Zwei-Sockel-Modelle im Trend. Laut IDC sind 70 Prozent aller x86-basierten Server mit zwei Prozessoren ausgestattet. Geht es in diesem Segment rein um Performance, so lässt sich die Suche schnell eingrenzen: Intels Xeon-5500-Serie stellt aktuell das Maß der Dinge dar. In der Energieeffizienz befinden sich Xeon-5500-Server ebenfalls auf den vorderen Plätzen. Allerdings nicht alleine, Server mit AMDs 6-Core-Opteron sind hier sehr konkurrenzfähig.
Doch wovon hängt die Energieeffizenz des Systems – abgesehen von den CPUs - noch ab? Das Groß der 2-Sockel-Rack-Server ist mit zwei Netzteilen, zwei SATA-Festplatten und 16 GByte Arbeitsspeicher ausgestattet. Hier gibt es bei identischer Rechenkraft jedoch viel Spielraum in der Konfiguration, die auf den Stromverbrauch erheblichen Einfluss hat. Geht man wie in einer Studie von Gartner davon aus, dass ein Standard-Server in seinem 4-jährigen Lebenszyklus zirka 1350 bis 2000 Euro an Stromkosten benötigt, lohnt ein Blick auf die Komponenten auf jeden Fall.
Anhand von Intels Stromspar-CPUs Xeon L5520 überprüfen wir, welchen Einfluss das Systemboard, Netzteile, Arbeitsspeicher und Laufwerke wie SATA-Festplatten oder SSDs in einem 1U-Rack-Server auf den Stromverbrauch haben. Wie wirkt es sich aus, wenn beispielsweise ein Low-Power-Mainboard oder nur halb so viele DIMMs verbaut sind. Oder wenn auf ein redundantes zweites Netzteil für erhöhte Ausfallsicherheit verzichtet werden kann. Macht eine Solid State Disk – neben der höheren I/O-Rate – aus Stromspargründen überhaupt Sinn?
Mehr zu Servern und Green IT lesen Sie hier:
Diese Fragen klären wir in diesem Artikel. Als Messinstrument dient uns SPECpower_ssj2008. Der Energieeffizienz-Benchmark ermittelt die Performance pro Watt von Servern. Neben der puren Rechenleistung, die in unseren Tests durch die Xeon-L5520-CPUs unverändert bleibt, misst SPECpower die Energieaufnahme des Systems bei verschiedenen Lastzuständen von Leerlauf bis Volllast.
Stückweise Optimierung zum Low-Power-Server
Neben dem Energieverbrauch des Servers im Leerlauf und unter Volllast ermitteln wir mit SPECpower_ssj2008 die Performance pro Watt, die für die Energieeffizienz des Systems steht. Für alle Tests über den Einfluss der Komponenten auf die Energieeffizienz eines Servers verwenden wir Intels Xeon L5520. Der Quad-Core-Prozessor mit Nehalem-Architektur arbeitet mit 2,26 GHz Taktfrequenz und verfügt über einen TDP-Wert von 60 Watt. In den 2-Sockel-Servern kommen stets zwei Xeon L5520 zum Einsatz.
Zuerst arbeiten die zwei Xeons in einem Standard-2-Sockel-Server Asus RS700-E6/RS4 im 1U-Rackformat. Der Server verfügt über zwei redundant ausgelegte 770-Watt-Netzteile mit 80+ Spezifikation. Als Storage stehen zwei SATA-II-Enterprise-Festplatten mit 7200 U/min zur Verfügung. Jede CPU steuert über den integrierten Triple-Channel-Speicher-Controller für DDR3-1066 drei 4-GByte-DIMMs – insgesamt sechs - an. Bei dieser Konfiguration handelt es sich um die Standardausstattung aktueller Xeon-5500-basierender 2-Sockel-Server.
Um den Einfluss des Arbeitsspeichers auf die Energieeffizienz zu überprüfen, ersetzen wir die sechs 4-GByte-DIMMs mit sechs 2-GByte-DIMMs. Danach bestücken wir den Server mit zwölf 4-GByte-DIMMs und messen den Energiebedarf nochmals.
Bei identischer Storage- und Speicherausstattung von sechs 2-GByte-DIMMs überprüfen wir dann den Energieverbrauch der Xeon L5520 im Low-Power-Server Intel S5000WB „Willowbrook“ mit Chenbro-Chassis. Der 1U-Rack-Server ist auf eine geringe Energieaufnahme ausgelegt und verfügt nur über ein 450-Watt-Netzteil mit 80+ Spezifikation. Im Low-Power-Server ersetzen wir zuletzt die zwei SATA-II-Festplatten durch zwei SSDs vom Typ Intel X25-E Extreme. In einer optimierten Stromspar-Server-Variante schließen wir den Test mit nur einer SSD ab.
Bei jeder Server-Konfiguration messen wir mit SPECpower_ssj2008 die Energieaufnahme des Systems im Leerlauf sowie bei Volllast. Zusätzlich generiert der Benchmark einen Wert für die Energieeffizienz des Systems (Performance pro Watt). Diesen Wert ermittelt SPECpower durch Messung der Java-Performance sowie des zugehörigen Energieverbrauchs bei Lastzuständen von null bis 100 Prozent in Schritten von zehn Prozent. Details zum Energieeffizienz-Benchmark SPECpower_ssj2008 finden Sie am Ende des Artikels.
Test: Verschiedene Netzteile / Systemboards
Der 1U-Standard-Rackserver Asus RS700-E6/RS4 mit den zwei Xeon-L5520-CPUs verfügt über zwei redundant ausgelegte 770-Watt-Netzteile mit 80+ Spezifikation. Neben den Energiemessungen mit beiden Netzteilen betreiben wir den Server danach mit nur einem Netzteil. Bei identischer Storage- und Speicherausstattung (zwei SATA-II-Festplatten und sechs 4-GByte-DIMMs) überprüfen wir dann den Energieverbrauch der Xeon-CPUs im Low-Power-Server Intel S5500WB. Der auf eine geringe Energieaufnahme ausgelegte Server verfügt nur über ein 450-Watt-Netzteil mit 80+ Spezifikation.
Im folgenden Diagramm vergleichen wir den Energiebedarf der Server im Leerlauf. Die Systeme laufen unter Windows Server 2008 Enterprise x64 mit dem Energie-Schemata „Ausbalanciert“. Die Xeon-L5520-Prozessoren nutzen ihr Powermanagement-Feature SpeedStep aus:
Unter Volllast ringt SPECpower_ssj2008 dem Server im Lastzustand 100 Prozent den maximalen Energieverbrauch ab. Jetzt sind besonders die Netzteile gefordert:
Welchen Einfluss die Netzteile und das Systemboard auf die Energieeffizienz der Server haben, zeigt folgendes Diagramm. Der Benchmark gibt die gemittelte Performance pro Watt an, die über alle Lastzustände von zehn bis 100 Prozent gemessenen werden:
Energiekosten: Verschiedene Netzteile / Systemboards
Im typischen Alltagsbetrieb ist bei Servern von einer mittleren Auslastung von zirka 40 Prozent auszugehen. Bei angesetzten Stromkosten von 0,20 Euro pro KWh ergeben sich bei dem 1U-Rackserver Asus RS700-E6/RS4 mit einen und zwei Netzteilen sowie dem Intel Low-Power-Server S5500WB bei 40 Prozent Auslastung die folgenden Energiekosten im Monat (30 Tage):
|
Server / Netzteil |
Energie [Watt] |
Elektrische Leistung [KWh pro Monat] |
Energiekosten [€ pro Monat] |
Kostenersparnis [€ pro Monat] |
|---|---|---|---|---|
|
Asus RS700 / 2x 770W |
212 |
152,64 |
30,53 |
-- |
|
Asus RS700 / 1x 770W |
185 |
133,2 |
26,64 |
3,89 |
|
Intel S5500WB / 1x 450W |
152 |
109,44 |
21,89 |
8,64 |
Der Verzicht auf ein zweites Netzteil spart im Asus-Server knapp 4 Euro Stromkosten pro Monat. Wird stattdessen der Intel Low-Power-Server S5500WB mit identischer Storage- und Arbeitsspeicherausstattung betrieben, so lassen sich bereits 8,6 Euro im Monat sparen. Pro Jahr ergibt sich damit eine Stromkostenersparnis von zirka 100 Euro.
Hochgerechnet auf einen 19-Zoll-Schrank mit beispielsweise 20 1U-Rack-Servern lassen sich bereits zirka 2000 Euro Energiekosten pro Jahr sparen, wenn statt dem Standard-Asus-Server mit zwei Netzteilen der auf Energieeffizienz getrimmte S5500WB-Server von Intel verwendet wird. Alle Berechnungen gehen von einer durchschnittlichen Serverauslastung von 40 Prozent aus.
Test: Verschiedene DIMM-Konfigurationen
Im folgenden Diagramm vergleichen wir den Energiebedarf des Asus-Servers RS700-E6/RS4 im Leerlauf mit verschiedenen Speicherausstattungen. Die Speichergeschwindigkeit der DDR3-DIMMs ist stets auf 1066 MHz eingestellt. Durch den im Xeon L5520 integrierten Triple-Channel-Speicher-Controller sind pro CPU drei DIMMs für die volle Speicherbandbreite notwendig. Bei zwei Xeon L5520 werden somit mindestens sechs DIMMs verbaut. Wir ersetzen die sechs 4-GByte-DIMMs zunächst mit sechs 2-GByte-DIMMs. Danach bestücken wir den Server mit zwölf 4-GByte-DIMMs und messen den Energiebedarf nochmals.
Das System läuft unter Windows Server 2008 Enterprise x64 mit dem Energie-Schemata „Ausbalanciert“. Die Xeon-L5520-Prozessoren nutzen ihr Powermanagement-Feature SpeedStep aus:
Unter Volllast ringt SPECpower_ssj2008 dem Server im Lastzustand 100 Prozent den maximalen Energieverbrauch ab. Die verschiedenen DIMM-Konfigurationen beeinflussen den Maximalverbrauch wie folgt:
Welchen Einfluss die verschiedenen DIMM-Konfigurationen auf die Energieeffizienz des Servers haben, zeigt folgendes Diagramm. Der Benchmark gibt die gemittelte Performance pro Watt an, die über alle Lastzustände von zehn bis 100 Prozent gemessenen werden:
Energiekosten: Verschiedenen DIMM-Konfigurationen
Im typischen Alltagsbetrieb ist bei Servern von einer mittleren Auslastung von zirka 40 Prozent auszugehen. Bei angesetzten Stromkosten von 0,20 Euro pro KWh ergeben sich bei dem 1U-Rackserver Asus RS700-E6/RS4 bei 40 Prozent Auslastung mit den verschiedenen DIMM-Konfigurationen die folgenden Energiekosten im Monat (30 Tage):
|
Speicher |
Energie [Watt] |
Elektrische Leistung [KWh pro Monat] |
Energiekosten [€ pro Monat] |
Kostenersparnis [€ pro Monat] |
|---|---|---|---|---|
|
12x 4GB |
234 |
168,48 |
33,7 |
-- |
|
6x 4GB |
212 |
152,64 |
30,53 |
3,17 |
|
6x 2GB |
200 |
144 |
28,8 |
4,9 |
Eine Verdoppelung der DIMM-Anzahl kostet bei den verwendeten DDR3-1066-Modulen pro Monat 3,17 Euro zusätzliche Energiekosten. Der Unterschied, ob 2- oder 4-GByte-DIMMs verbaut sind, ist jedoch mit 1,73 Euro pro Monat sehr gering.
Test: Festplatten vs. Solid State Disks
Solid State Disks gelten als besonders besonders sparsam beim Umgang mit der Energie. Zur Standardausstattung von Rack-Servern zählen die SSDs aufgrund des noch hohen Preises pro Gigabyte längst noch nicht. Typischerweise sind in den 1U-Servern zwei SATA-RAID-Edition-Festplatten mit einer Drehzahl von 7200 U/min.
Im Intel Low-Power-Server S5500WB installieren wir wechselweise die SATA-Festplatten sowie die Enterprise-SSDs Intel X25-E Extreme. Die Performance der SSD liegt deutlich über dem Niveau von Festplatten, wie Sie hier nachlesen können.
Im Diagramm zeigen wir die verschiedenen Leistungsaufnahmen des Servers mit den unterschiedlichen Storage-Konfigurationen:
Energiekosten: Verschiedenen Storage-Konfigurationen
Durch ihren im Vergleich zu Festplatten hohen Preis werden SSDs in Servern noch primär in Szenarien eingesetzt, wo es auf sehr hohen I/O-Durchsatz ankommt. Allerdings sorgen die Solid State Disks auch für eine geringere Energiekosten als die herkömmlichen und in Servern weit verbreiteten 3,5-Zoll-SATA-II-Festplatten.
Bei angesetzten Stromkosten von 0,20 Euro pro KWh ergeben sich bei dem 1U-Rackserver Intel S5500WB „Willowbrook“ mit den verschiedenen Storage-Konfigurationen die folgenden Energiekosten im Monat (30 Tage):
|
Storage |
Energie [Watt] |
Elektrische Leistung [KWh pro Monat] |
Energiekosten [€ pro Monat] |
Kostenersparnis [€ pro Monat] |
|---|---|---|---|---|
|
2x SATA-HDD |
82 |
59,04 |
11,81 |
-- |
|
2x SSD |
77 |
55,44 |
11,09 |
0,72 |
Der Einspareffekt bei den Energiekosten bleibt durch den Wechsel auf SSDs mit 0,72 Euro pro Monat gering. Bei einem jährlichen Einsparpotenzial von knapp neun Euro macht sich der Aufpreis für SSDs selbst fünfjähriger Betriebsdauer nicht bezahlt.
Fazit
Auf jeden für einen Server gezahlten Dollar müssen pro Jahr nochmals 50 Cent für die Strom- und Kühlkosten aufgeschlagen werden. Im Jahr 2010 steigen diese Zusatzkosten bereits auf 70 Cent, wie die Marktforscher von IDC analysieren.
Es macht somit Sinn, sich bereits im Vorfeld einer Server-Neuanschaffung über die Energieeffizienz des Systems zu informieren. Bei identischer Rechenleistung eines 2-Sockel-Servers – in unserem Beispiel mit zwei Xeon L5520 – lassen sich im Jahr schnell 100 Euro Energiekosten sparen. In einem vollbestückten 19-Zoll-Schrank mit 1U-Servern summiert sich das ganze schnell zu erklecklichen Summen von mehreren tausend Euro.
Achten Sie bei der Konfiguration des Servers auf die Anzahl der DIMMs – hier werden meist unterschiedliche Optionen feilgeboten. Auch gilt es zu überlegen, ob ein redundantes Netzteil aus Sicherheitsgründen zwingend notwendig ist. Im Einzelbetrieb ist es sicherlich sinnvoller als im Clusterverbund.
Auf Solid State Disks können Sie aus Energieeffizienzgründen noch am ehesten verzichten. Durch den hohen Aufpreis gegenüber SATA-Festplatten lohnt die Anschaffung nur, wenn sehr hohe I/O-Raten erforderlich sind. Nur in besonders dicht gepackten Rack-Schränken reduziert sich durch den Einsatz der SSDs auch die erforderliche Kühlleistung merklich, so dass Energie gespart wird.
Welche Energieeinsparungen eine Stromspar-CPUs wie der verwendete Xeon L5520 gegenüber dem High-Performance-Modell Xeon X5570 ermöglicht, zeigt bereits der Artikel Test – Stromspar-CPU Intel Xeon L5520. (tecchannel; cvi) (wl)