Thin Clients. Rechenkapazitäten und Energieverbrauch von Desktop Computern an der Universität Göttingen

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Aktuelle Situation
2.1 Rechenkapazitäten der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
2.1.1 Büro-PCs der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
2.1.2 CIP-Pool PCs der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
2.2 Energieverbrauch der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
2.2.1 Stromverbrauch der Büro PCs der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
2.2.2 Stromverbrauch der CIP-Pool PCs der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
2.3 Nutzungsverhalten
2.3.1 Nutzungsverhalten der Büromitarbeiter
2.3.2 Nutzungsverhalten der CIP-Pool-User
2.4 Finanzielle Bedeutung

3. Optimierungspotentiale
3.2 Ideen zur Optimierung des Energieverbrauchs
3.2.1 Einsparungen bei den öffentlichen CIP-Pools
3.2.2 Vermeidung des Reststromverbrauchs durch komplette Trennung vom Stromnetz
3.2.3 Einführung von Thin-Clients
3.2.4 Weiter Maßnahmen

4. Handlungsempfehlungen
4.1 kurzfristige Handlungsempfehlungen
4.2 langfristige Handlungsempfehlungen

5. Fazit

Anhang

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: „Windows Login Maske“

Abbildung 2: „Öffnungszeiten der CIP-Pools während der Vorlesungszeit“

Abbildung 3: „Öffnungszeiten der CIP-Pools während der vorlesungsfreien Zeit“

Abbildung 4: „Stromverbrauchsentwicklung“

Abbildung 5: „Voltcraft Energy Logger 3500“

Abbildung 6: „Stromverbrauch der Büro PCs der Wirtschafts- Wissenschaftlichen Fakultät“

Abbildung 7: „Beispielhafter Stromverbrauch eines Büro PCs inklusive Monitor“

Abbildung 8: „Strommessergebnisse und Inventar der CIP-Pool PCs“

Abbildung 9: „Stromverbrauch CIP-Pool PCs“

Abbildung 10: „Stromverbrauch der CIP-Pool PCs der Wirtschafts- wissenschaftlichen Fakultät“

Abbildung 11: „Stromverbrauch der CIP-Pool Monitore“

Abbildung 12: „Energie- und Kostenvergleich der Thin-Clients mit Dell Desktop PCs“

1. Einleitung

Die Universität Göttingen hat im letzten Jahr ca. 45 Millionen kWh an Strom verbraucht, wodurch ca. 7,7 Millionen Euro an Kosten entstanden sind. (vgl. Knöfel, Holger, Energieversorgung und Energieeinsparung / Informationsveranstaltung, 10.01.08, Asta_GM32.pdf, 11)

Die Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät hat mit 809.913 kWh nur einen Anteil von ca. 1,8% des gesamten Energieverbrauchs verursacht. Der Verbrauch blieb dabei in den letzten Jahren relativ konstant. Die Stromkosten sind hingegen Jahr für Jahr gestiegen. Bereits 2007 konnte durch die Umsetzung eines Elf-Punkteplans (vgl. Gebäudema- nagement, Umsetzung 11-Punkteplan, 01.08.07) der Stromverbrauch um ca. 2,5% ge- senkt werden. Zu wenig jedoch um die gestiegenen Energiepreise zu kompensieren. (vgl. Gebäudemanagement, Sparmaßnahmen sind erfolgreich - Universität senkt Ener- gieverbauch, o.J.)

Laut Gebäudemanager Rainer Bolli soll in Zukunft jede Fakultät die verursachten Ener- giekosten selber tragen. Bereits jetzt werden durch eine neue Software die Energiekos- ten jeder Fakultät einzeln errechnet. Trotz des geringen Verbrauchsanteils von 1,8% der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät gilt es aufgrund der stetig steigenden Rohstoff- und Energiepreise alle möglichen Einsparungspotentiale aufzudecken. (vgl. Wucherpfennig, Jens, Keine Physik-Versuche zur Essenszeit / Steigende Energie- Kosten zwingen Universität zu Sparmaßnahmen, in: Göttinger Tageblatt, 2008, 31.07.2008, 22)

Mit unserer Arbeit beschränken wir uns dabei auf Desktop-Computer und die dazugehö- rigen Monitoren der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät. Dazu zählen wir sowohl die Bürorechner, als auch die Desktop-Rechner der CIP-Pools in der 4., 5. und 6. Etage des blauen Turms. Laptops, Server und Peripherie wie Drucker und Scanner bleiben dabei unberücksichtigt.

Die Idee des Stromsparens in der Computerindustrie ist dabei zweifelsohne nicht neu. Sie als alt und immer da gewesen zu betrachten ist jedoch ebenfalls falsch. Erst 2006 zum Ende der Intel® Pentium® 4 Prozessoren-Familie fand ein Umdenken seitens der Prozessoren-Hersteller statt. Die Gigahertz-Leistung, mit der zuvor in erster Linie ge- worben wurde, rückte in den Hintergrund. Die energieeffiziente Hardware von Laptops wurde in abgewandelter Form auch in großen Desktop-Systemen verbaut.

Stromsparende Mehrkernprozessoren lösten die energiehungrigen SingleCore- Prozessoren ab. Auch die strengeren Anforderungen der Prüfsiegel TCO und Ener- gyStar in Bezug auf Energieverbrauch haben einen Teil dazu beigetragen. Der Begriff Green-IT, in erster Linie im Rahmen von großen Serverlandschaften, war plötzlich in aller Munde. Dabei sei der Begriff Green-IT mal als solcher dahingestellt. Schließlich geht es insbesondere den Unternehmen wohl mehr um Kosteneinsparungen als um die Umwelt.

Durch die neue Sichtweise der Hardwarehersteller haben sich weiterhin ganz neue Geräteklassen entwickelt. Zum Beispiel hat der stark auf Energieverbrauch optimierte, jedoch verhältnismäßig leistungsschwache Intel® Atom® Prozessor die Entwicklung der so genannten Netbooks und Net-PCs ermöglicht. Diese Geräte zeichnen sich durch ihre kompakte Bauweise und ihrem niedrigen Stromverbrauch aus und sind in erster Linie für Office-Anwendungen sowie zur Internetnutzung geeignet.

Ziel unserer Arbeit ist es, über den aktuellen Zustand zu informieren, Optimierungspotentiale aufzuzeigen und Handlungsempfehlungen herauszuarbeiten, die sich auch auf andere Fakultäten und Bereiche der Universität übertragen lassen.

Dabei durchleuchten wir zuerst den aktuellen Ist-Zustand. Wir informieren über die Anzahl, Beschaffenheit und Rechenkapazitäten der Desktop Computer der Wirtschafts- wissenschaftlichen Fakultät und messen deren Energieverbrauch. Anschließend stellen wir verschiedene Optimierungspotentiale dar, bewerten diese und geben konkrete Hand- lungsempfehlungen. Dabei Unterscheiden wir zwischen kurz- und langfristigen Opti- mierungspotentialen. Unsere Zielsetzung ist, dass unsere Ergebnisse bei der Universi- tätsverwaltung Anklang finden und entsprechend unserer Handlungsempfehlungen zu- künftig Umgesetzt werden.

2. Aktuelle Situation

Dieses Kapitel ist in die Unterkapitel Rechenkapazität-, Energieverbrauch-, Nutzungsverhalten- und die finanzielle Bedeutung der Desktops PC gegliedert und soll über den derzeitigen Ist-Zustand informieren.

2.1 Rechenkapazitäten der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät

In diesem Unterkapitel grenzen wir unsere Untersuchungsobjekte ein und differenzieren zwischen den Rechenkapazitäten der Büro-Räume und dem CIP-Pool.

2.1.1 Büro-PCs der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät

Die Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät hat nach Angaben des Gebäudemanagements ca. 290 Büroräume in denen sich insgesamt ca. 300 Desktop-Computer befinden. Von den 300 PCs sind ca. 250 PCs im Oeconomicum (Platz der Göttinger Sieben 3) und ca. 50 PCs im Institut für Wirtschaftsinformatik im Blauen Turm (Platz der Göttinger Sie- ben 5).

Die Angaben über die Anzahl der PCs stammen aus der Auflistung der PCs, die in dem Active-Directory Domain Server der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät gelistet sind. Es gibt kein detailliertes PC-Inventar, da ein PC i. d. R. unter 200 Euro kostet und somit nicht inventarisierungspflichtig ist. Aufgrund der unterschiedlichen PC-Modelle und unterschiedlichen Rechenleistungen lässt sich keine aussagekräftige Angabe über die gesamte Rechenleistung aller Systeme machen. Nach Schätzungen des Systemad- ministrators liegt der durchschnittliche Hauptspeicher je PC bei ca. einem Gigabyte.

Die momentan neu angeschafften Computer sind standardmäßig mit Intel® CoreDuo® Prozessoren bestückt, welche bereits für einen niedrigen Stromverbrauch optimiert sind. Eine variable CPU-Steuerung je nach Auslastung bzw. Rechenanforderung wird nicht verwendet.

Die Anwendungsprogramme laufen nahezu vollständig direkt auf den Büro PCs, sodass nur wenige Anwendungsserver für z.B. SAP benötigt werden. Die betriebswirtschaftliche ERP-Standardsoftware SAP basiert auf einer Client-Server Architektur. Die Anwendungslogik läuft auf einem Anwendungsserver oder direkt auf den Clients, die Daten werden in einer zentralen Datenbank gehalten und die Präsentation findet auf dem Client (Anwender PC) statt. Die File- und Domainserver befinden sich im Rechenzentrum der GWDG und sorgen für die sichere Datenspeicherung und die logische Trennung von Netzwerkbereichen der Universitäts-Fakultäten.

Ungenutzte Rechenkapazitäten der PCs werden nicht genutzt. Für rechenintensive Simulationen werden ggf. Cluster mehrere Rechner für eine Person gebildet, wobei für solche Anforderungen Großrechner bei der GWDG bereit stehen. Generelle Virtualisierungsansätze wurden aus Sicherheitsrisiken und wegen dem hohem Realisierungsaufwand unterlassen und sind auch nicht in Planung.

2.1.2 CIP-Pool PCs der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät

Der CIP-Pool der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät befindet sich im fünften, sechsten. und siebten Stockwerk des Blauen Turms und umfasst insgesamt 160 Desktop PCs. Die Betreuung der Benutzer erfolgt durch eine zentrale Infotheke im siebten Stock. Verantwortlich für Beschaffung und operative Administration sind Frau Lindner und Herr Bremer.

Die Computer werden bisher generell nur in den Zuständen „PC ist eingeschaltet“ oder „PC ist ausgeschaltet“ (komplett Heruntergefahren) betrieben. Alle Rechner werden nur bei einer Installation von Updates oder Programmen automatisch durch eine Wake-On- Lan Funktion gestartet. Durch die Wake-On-Lan Funktion können alle Rechner über das Netzwerk zentral hochgefahren werden. Im regulären Betrieb werden die Computer bei Bedarf manuell durch den Benutzer gestartet. Ein Benutzer muss sich zunächst durch seine individuellen Zugangsdaten einloggen und meldet sich nach seiner Benut- zung wieder ab.

Nach dem Ausloggen eines Benutzers öffnet sich wieder die Login-Maske, durch die sich der nächste Benutzer einloggen kann oder auch die Möglichkeit besteht, den PC herunter zu fahren, den PC neu zu starten oder den PC in den Standby-Modus zu setzen.

Diese Optionen sind eher etwas versteckt, erfordern einen zusätzlichen Eingabeauf- wand nach dem Ausloggen und werden nach Analyse von Log-Files nur selten ge- nutzt, sodass ein einmal eingeschalteter PC erst abends wieder durch einen zentralen ausgelösten Befehl herunter gefahren wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: “Windows Login Maske“

In der Vorlesungszeit erfolgt der erste Shutdown-Befehl um 21 Uhr. Bei diesem Befehl werden alle ungenutzten PCs heruntergefahren. Um 23:00 Uhr werden dann die restlichen Computer herunter gefahren.

In der vorlesungsfreien Zeit ist die Auslastung der PC-Arbeitsplätze sehr gering. Es bleiben alle Etagen mit eingeschränkten Öffnungszeiten geöffnet, wobei aufgrund der verkürzten Öffnungszeiten der erste Shutdown-Befehl bereits um 16:45 erfolgt und um 19:00 Uhr auch die noch benutzten Rechner herunter gefahren werden. Die Öffnungszeiten des CIP-Pools sind in den Abbildungen 2 und 3 aufgelistet.

Öffnungszeiten der CIP-Pools während der Vorlesungszeit:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: “Öffnungszeiten der CIP-Pools während der Vorlesungszeit“ Quelle: http://wwwuser.gwdg.de/~uxwr/oeffnungszeiten.html

Öffnungszeiten der CIP-Pools während der vorlesungsfreien Zeit:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: “Öffnungszeiten der CIP-Pools während der vorlesungsfreien Zeit“ Quelle: http://wwwuser.gwdg.de/~uxwr/oeffnungszeiten.html

2.2 Energieverbrauch der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät

Die Universität Göttingen hat laut der Energiebeauftragten Frau Professorin Geldermann einen Rahmenvertrag mit dem Energiekonzern EON Mitte, welcher noch mehrere Jahre laufen wird. Nach Angaben des Energiecontrollers der Universität Göttingen, Herrn Knöfel, verbrauchte die Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät 809.913 kWh (Kilowattstunden) Strom im Jahr 2007 und kalkuliert diesen Verbrauch auch für das Jahr 2008. Bei dem aktuellen Brutto Durchschnittspreis von 17,46 Cent, den die Universität je kWh zu entrichten hat, betragen die Stromkosten der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät in diesem Jahr insgesamt etwa 141.410,81 Euro.

Die Maßeinheit Wattstunde ist die gängige Maßeinheit mit der Stromkosten ermittelt werden. Eine Wattstunde (Wh) entspricht der Energie, die ein elektronisches Gerät mit der Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt.

Eine bisher getroffene Sparmaßnahme um die steigenden Energieausgaben zu reduzie- ren, sind die so genannten „Kohleferien“: Zwischen Weihnachten und dem Feiertag der Heiligen Drei Könige (Anfang Januar) wird die Universität (ohne Universitätsmedizin) in einen Energie-Sparmodus gefahren, in dem Beleuchtungen und Heizsysteme ausge- schaltet werden. Damit sollen vor allem Heizkosten eingespart werden, welche laut der Energiebeauftragen Frau Professorin Geldermann den Uni-Haushalt stark belasten.

Durch diese Maßnahme wurden laut einem Bericht des Energiecontrollers 30.409,16 Euro an Wärmekosten bei einem Preis von 5,85 Cent je kWh und 58.222,27 Euro an Stromkosten bei einem Preis von 16,21 Cent je kWh im Jahr 2007 eingespart (vgl. Knö- fel, Holger, Kohleferien 2007, 28.01.2008, http://www.uni- goettingen.de/de/51374.html, 2, 02.09.2008, 1).

In der folgenden Abbildung sind der Energieverbrauch, sowie die Energieverbrauchskosten der Universität Göttingen zwischen Januar 2004 und November 2007 abgebildet. Zu sehen ist, dass der Verbrauch in den letzten Jahren relativ konstant geblieben ist, während die Energiekosten stark angestiegen sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: “Stromverbrauchsentwicklung“

Quelle: http://www.uni-goettingen.de/de/36566.html

Das Gebäudemanagement ermittelt derzeit mit Hilfe einer neuen Software die Energie- kosten separat für jede Fakultät. Geplant ist eine Budgetierung der Energiekosten für jede Fakultät. Daraus folgt, dass die Fakultäten selber verantwortlich für ihre Energie- kosten sind und dafür zu sorgen haben, dass sparsam mit Energie umgegangen wird, um den steigenden Kosten entgegen zu wirken (vgl. Wucherpfennig, Jens, Keine PhysikVersuche zur Essenszeit / Steigende Energie-Kosten zwingen Universität zu Sparmaßnahmen, in: Göttinger Tageblatt, 2008, 31.07.2008, 22).

Die Energiekosten der ca. 460 Desktop Computern der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät wurden in der Vergangenheit nach Angaben des Energiecontrollers nicht ermit- telt.

Bei der Anschaffung der PCs wurde bisher nicht auf einen möglichst geringen Energie- verbrauch geachtet sondern, auf das Preis/Leistungs-Verhältnis, Zertifikate sowie TÜV- Siegel. Des Weiteren ist ein 5-jähriger Service-Vertrag für die PCs erforderlich. Berichten der GWDG (Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung GmbH Göttingen) von Juni 2008 ist zu entnehmen, dass die Universität Göttingen die Beschaf- fung von häufig eingesetzten Datenverarbeitungs-Komponenten über Rahmenverträge abwickelt. Die Vorteile von Rahmenverträgen liegen darin, dass kein Aufwand für eine Marktrecherche und Preisvergleiche besteht, einheitliche Regelungen über Wartung und Ersatzbeschaffungen existieren und der Betreuungsaufwand durch standardisierte Kom- ponenten verringert wird. Die GWDG hat im Namen der Uni Göttingen, elf weiteren Institutionen aus Göttingen und dem Land Niedersachsen eine europaweite Ausschrei- bung durchgeführt. Bei dieser hat wie in der Vergangenheit die Firma DELL das wirt- schaftlichste Angebot offeriert. Die Bündelung von insgesamt 12 Institutionen ermög- licht ein großes Abnahmevolumen, sodass sehr günstige Konditionen für die Kompo- nenten der Firma Dell angeboten werden. (vgl. Haan, GWDG Nachrichten 6/2008 / Neuer Rahmenvertrag mit Dell , 6/2008, http://www.gwdg.de/GWDG- Nachrichten/GN0806/gn0806.pdf, 24, 05.09.2008, 4)

Als Beispiele sind zu nennen:

Dell Optiplex 755 Dual Core 2 GHz, 1 GByte Speicher - 170,00 Euro netto. Dell 1908 TFT-Bildschirm 19‘‘ - 110,00 Euro netto.

(vgl. Haan, GWDG Nachrichten 6/2008 / Neuer Rahmenvertrag mit Dell , 6/2008, 24, 05.09.2008, 4)

Nach Angaben von Herrn Opielka, welcher für die Systemadministration der Büro-PCs verantwortliche ist, sind in diesem Rahmenvertrag Produkt-Familien und Standardkom- ponenten vereinbart, die direkt von den Professuren konfiguriert, bestellt und bezahlt werden. Bei einer PC-Investition über 5.000 Euro muss die Anschaffung durch eine Kommission der GWDG genehmigt werden. Verantwortlich für den Rahmenvertrag sind die UNI-Verwaltung und die GWDG. Der Rahmenvertrag sah in der Vergangen- heit vor, dass nur Intel-Prozessoren als Standard CPU verwendet wurden, da diese bei gleicher Rechenleistung im Vergleich zu AMD-Prozessoren weniger Energie benötig- ten. Als Standard wurden ebenfalls Grafikchipsätze festgelegt, die direkt im Mainboard integriert sind. Diese verbrauchen deutlich weniger Strom als eigenständige Grafikkar- ten und genügen den Leistungsansprüchen von Standardsoftware wie z. B. dem Micro- soft Office Paket. Es können jedoch AMD-Prozessoren und leistungsstärkere Grafikkar- ten bestellt werden. Diese sind hingegen nicht im Rahmenvertrag vorgesehen und kos- ten daher mehr Geld. Im Schnitt beträgt die Nutzungsdauer eines PCs ca. 5 Jahre, wobei diese durch die sinkenden Anschaffungskosten abnimmt.

Bei den Energieverbrauchsmessungen, die in den nächsten Kapiteln folgen, haben wir ein Messgerät vom Typ Energy Logger 3500 des Herstellers Voltcraft eingesetzt. Laut Angabe des Herstellers arbeitet das Gerät mit einer Genauigkeit von ± einem Prozent.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: “Voltcraft Energy Logger 3500“

Das Messgerät wird zwischen die stromführende Steckdose und dem zu messenden Elektrogerät bzw. einer Mehrfachsteckdose zwischengeschaltet. Gemessen haben wir damit den Stromverbrauch in Watt. Es lassen sich außerdem Langzeitmessungen bis zu 6 Monaten bei einem Messinterwall von einer Minute durchführen und diese mit Hilfe einer SD (Secure Digital) Speicherkarte auf den PC übertragen. Mit der zugehörigen Software namens „Energy Logger Viewer“ lässt sich der Verbrauch grafisch darstellen, Kalkulationen erstellen und Prognosen aufgrund der Messungen treffen (Hochrechnun- gen für einen Jahres- oder Monatsverbrauch). Ein Beispiel von einer Langzeitmessung folgt im nächsten Unterkapitel.

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