#Nachdrücklich nachhaltig

Höchstleistungsrechnen kann nicht nur helfen, neue und nachhaltigere Technologien zu entwickeln. Auch durch eine Steigerung der Effizienz bei den Supercomputern selbst lässt sich ein Beitrag zu mehr Klimafreundlichkeit leisten – ein gutes Beispiel für kommerzielle Datenzentren.

von THOMAS BRANDSTETTER

Neben den üblichen Verdächtigen Konsum, Mobilität, Heizen und Ernährung ist auch der IT-Sektor längst in den Fokus des Klimaschutzes geraten. 1,4 Prozent der weltweit emittierten Treibhausgase lassen sich auf Informations- und Kommunikationstechnologie zurückführen, allen voran die großen Datenzentren von Google, Meta und Co. Doch auch wissenschaftlich genutzte Höchstleistungsrechner benötigen große Mengen an elektrischem Strom und ringen deshalb um gesellschaftliche Akzeptanz.

Die Forscher am HLRS drehen an allen zur Verfügung stehenden Schrauben, um die Nachhaltigkeit ihrer Systeme zu verbessern. Sie wollen den investierten Strom möglichst effizient in wissenschaftlichen Fortschritt ummünzen, erschließen ökologische Ressourcen für die Versorgung ihrer Rechner und versuchen auch die unvermeidliche Abwärme noch sinnvoll zu nutzen.

Deshalb hat man am HLRS schon vor über zehn Jahren damit begonnen, sich mit Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und der optimalen Nutzung der Rechner zu beschäftigen. „Wir haben eine Verantwortung, uns auch mit den Fragen der Energiewende zu beschäftigen“, sagt Michael Resch, der Direktor des HLRS. Zum einen habe man versucht, die Rechenkapazität des Zentrums dafür einzusetzen, die Produktion von Energie zu optimieren. So können mithilfe der komplexen Simulationen, die auf den Höchstleistungsrechnern laufen, zum Beispiel Verbrennungskraftwerke effizienter und schadstoffärmer gemacht werden. „Aber wir haben auch gesehen, dass wir im Wind- und Wasserkraftbereich mit Simulationen sehr viel tun können, um die Energieeffizienz zu steigern“, sagt Resch.

Zudem gibt es eine Reihe von Kooperationen mit der Luft- und Raumfahrtindustrie, um etwa an optimalen Tragflächenprofilen zu arbeiten, die den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen senken. Und bei der E-Mobilität beschäftigt man sich seit 15 Jahren mit der Simulation von Akkus für Elektrofahrzeuge, um deren Haltbarkeit und Reichweite zu erhöhen.

Doch neben der Wahl der Forschungsthemen steht auch der ökologische Fußabdruck des Rechenzentrums selbst im Fokus. „Wir wollen so schnell wie möglich klimaneutral werden“, sagt Resch. „Da geht es neben der Reduktion der CO2-Emissionen auch darum, Energiekosten zu sparen und damit das Budget unserer Geldgeber zu entlasten.“ So habe das HLRS in den letzten zwei Jahren bereits eine drastische Einsparung von Energie erreicht. „Von ursprünglich veranschlagten 6,4 Megawatt elektrischer Leistung konnten wir durch unsere bisherigen Einsparmaßnahmen den Bedarf auf etwa 3,7 Megawatt senken“, stellt Resch fest. „Unsere Stromrechnung beträgt dadurch statt 7 bis 8 Millionen Euro pro Jahr nur etwa 5 Millionen.“ Für diese Bemühungen erhielt das HLRS 2020 das europäische EMAS-Zertifikat und wurde 2023 erfolgreich revalidiert.

Rechenzentren auf dem Prüfstand

In dem vom HLRS koordinierten Forschungsprojekt ENRICH, an dem unter anderem die Universität Ulm und das Institut für Energiewirtschaft und Rationale Energieanwendung der Universität Stuttgart beteiligt waren, wurden aktuelle Entwicklungen bei Rechenzentren auf ihre Ressourceneffizienz und ihr Nachhaltigkeitspotenzial hin analysiert. Ein zentraler Aspekt dabei war das optimale Zusammenspiel zwischen Programmen und Hardware, das Martin Rose, wissenschaftlicher Mitarbeiter am HLRS, im Arbeitspaket „Betrieb digitaler Infrastruktur“ untersucht hat. So lässt sich über das „Power Capping“ regulieren, wie viel elektrische Leistung die zentrale Prozessoreinheit (CPU) beim Ausführen eines Programms aufnehmen darf. „Manche Programme werden sofort langsamer, wenn man ihre Leistung reduziert“, sagt Rose. „Andere hingegen stört das kaum und man sieht am Stromzähler, wie der Computer für die gleiche Rechenleistung weniger elektrische Leistung braucht.“

In einem Rechenzentrum wie dem HLRS gibt es üblicherweise viele Nutzer aus verschiedenen wissenschaftlichen Institutionen, die ihre Programme ausführen lassen wollen. Und so wie Universitäten ihre Leistung gern in Veröffentlichungen pro Jahr messen, lassen sich wissenschaftliche Rechenzentren danach beurteilen, wie viele Kilowattstunden Strom pro Veröffentlichung aufgewendet werden müssen. In der Regel wird jedem Nutzer eine bestimmte Rechenzeit bereitgestellt. Ist sie abgelaufen, folgt die Ablösung durch das nächste Forschungsprojekt. „Wir haben es also ständig mit neuen Bedingungen zu tun“, berichtet Rose. „Jeden Monat ändert sich die Zusammensetzung der Programme, die auf unseren Rechnern laufen.“

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