Green IT: KI als grüner Cloud-Booster

Im Jahr 2020 bezeichneten Microsoft-Manager ihre soeben selbst gesteckten Nachhaltigkeitsziele als „moonshot“, also als ein gewagtes Unterfangen. „Fast fünf Jahre später mussten wir zugeben, dass sich der Mond sogar noch weiter entfernt hat“, beschreibt Melanie Nakagawa, Chief Sustainability Officer von Microsoft, die Reise des Unternehmens in eine CO2-neutrale Zukunft. Die rasanten Zuwächse der Cloud-Nutzung hatten auch den Energiebedarf in die Höhe getrieben. Aber dennoch ging es mit großen Schritten voran auf der „grünen Reise“. Heute ist Microsoft nach eigenen Angaben einer der größten kohlenstofffreien Energiekäufer der Welt, mit einem 34-Gigawatt (GW)-Portfolio für erneuerbare Energien in 24 Ländern bisher.

Neue Verfahren zur Serverkühlung minimieren die Umweltbelastung der physischen Rechenzentren, indem der Energieverbrauch reduziert wird. Gleichzeitig steigt dabei die Verarbeitungsleistung. Jetzt baut Microsoft, um im Bilde zu bleiben, eine „größere, schnellere und leistungsfähigere Rakete“, um das grüne Ziel langfristig zu erreichen. Die Rede ist von künstlicher Intelligenz. „Das ist keine Übertreibung“, sagt Nakagawa: „Schon jetzt sehen wir, dass KI einen positiven Einfluss auf den Planeten hat, und in den kommenden Jahren wird diese Technologie beginnen, Klimalösungen in einem Ausmaß, das wir noch nicht gesehen haben, zu beschleunigen.“

Unternehmen müssen ihre Websites hosten, Daten lagern und verarbeiten. Die dafür notwendigen Server, ob im eigenen Haus oder in der Cloud, benötigen elektrische Energie und belasten die CO2-Bilanzen. Allein in Deutschland verfügen die Rechenzentren aktuell über eine IT-Anschlussleistung von 2,7 Gigawatt (GW), im Jahr 2030 werden es voraussichtlich 4,8 GW sein. Demgegenüber verfügen die Vereinigten Staaten mit aktuell 48 GW und im Jahr 2030 mit rund 95 GW über etwa zwanzigmal mehr Kapazitäten als Deutschland. Das sind die Ergebnisse der Bitkom-Studie „Rechenzentren in Deutschland 2024“.

IT-Investitionen steigen

Damit ist die IT ein relevanter Bestandteil in den Nachhaltigkeitsberichten und CO2- Reduktionszielen der Unternehmen geworden. Die Otto Group beispielsweise ergreift schon länger Maßnahmen bei der IT, um bis 2030 klimaneutral in den Kernprozessen werden zu können. Als Beteiligte in der Prozesskette fließen diesbezüglich auch die energieintensiven IT-Dienstleister wie die Cloud-Provider in die Bilanzen ein und werden in die Pflicht genommen. Dass der Ausbau der IT nicht etwa die CO2-Bilanzen verhageln, sondern im Gegenteil verbessern kann, ist inzwischen common sense bei den IT-Leuten. Um ihre Nachhaltigkeit voranzutreiben, wollen 89 Prozent der befragten Führungskräfte aus deutschen Unternehmenin den nächsten 12 Monaten mehr in IT investieren. Das geht aus dem „Bericht zum Stand der Nachhaltigkeitsbereitschaft 2024“ hervor, den IBM im November2024 veröffentlicht hat. Um den Energieverbrauch zu senken, greifen Führungskräfte auf verschiedene Praktiken zurück, wie zum Beispiel die Optimierung von Datenverarbeitungsstandorten, Investitionen in energieeffiziente Prozessoren und die Nutzung von Kooperationen im Bereich Open Source. Auch IBM unterstreicht die Bedeutung von KI. So könne beispielsweise generative KI Möglichkeiten zur Reduzierung von CO2-Emissionen identifizieren sowie Szenarien und Algorithmen für nachhaltigere Geschäftspraktiken erstellen.

„Die Cloud benötigt zwar Strom und Ressourcen, ermöglicht aber gleichzeitig deren effiziente Nutzung“, betont man auch bei Schwarz Digits. Denn mithilfe der Cloud könnten Rechenleistung und Serverkapazität gebündelt werden, die sonst in vielen einzelnen Strukturen anfallen. Schwarz Digits bezieht den Strom für seine Rechenzentren inzwischen ebenfalls zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien. Mit der Abwärme aus einigen Rechenzentren werden die angeschlossenen Bürogebäude geheizt. Cloudbasierte Technologie biete darüber hinaus „enorme Einsparpotenziale in zahlreichen Fällen“. So sei die Cloud die Grundlage, um effiziente Online- statt Präsenztermine durchzuführen. Sie bietet Handel und Industrie aber auch die Möglichkeit, Konzepte und Erfindungen im Vorfeld zu simulieren, statt sie ressourcenintensiv real herzustellen – beispielsweise bei der energetischen Optimierung von größeren Gebäudekomplexen.

Energieeffiziente Cloudserver

Welche konkreten Ergebnisse bei der Umstellung von eigenen, sogenannten On-Premise-Rechenzentren auf moderne Clouds zu erzielen sind, hat Amazon Web Services (AWS) von „451 Research“ untersuchen lassen. Ergebnis: Europäische Unternehmen können ihren Energieverbrauch um fast 80 Prozent reduzieren, wenn sie ihre Workloads von On-Premise-Rechenzentren in die AWS Cloud verlagern. Sobald AWS sein für dieses Jahr gesteckte Ziel erreicht, zu 100 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben zu werden, könnten Unternehmen ihre CO2-Emissionen bei durchschnittlichen Workloads um bis zu 96 Prozent weiter senken. Die Studie ergab außerdem, dass Cloud-Server im Vergleich zu den Computerressourcen durchschnittlicher europäischer Unternehmen etwa dreimal energieeffizienter sind, während AWS-Rechenzentren sogar bis zu fünfmal effizienter arbeiten. Konkret: Die Verlagerung eines Megawatts (MW) typischer Workloads aus einem firmeneigenen Rechenzentrum in die AWS Cloud könnte die CO2-Emissionen um bis zu 1.079 Tonnen pro Jahr reduzieren. Für Deutschland berechnet „451 Research“ durchschnittliche Energieeinsparungen von 65 Prozent durch optimierte Server-Infrastruktur und weitere 14 Prozent durch effizientere Rechenzentrumsinfrastruktur – insgesamt also 79 Prozent Energieeinsparung, wenn ein typisches deutsches Unternehmen seine Workloads in die Cloud verlagert.

Die Rechenzentren von AWS nutzen überwiegend Freiluftkühlung und direkte Verdunstungskühlung
Foto: Amazon

AWS selbst forciert die Energieeffizienz seiner Anlagen mit drei Hauptmaßnahmen: Kühlung, Nutzungsdauer und Chiptechnologie. Die Rechenzentren nutzen überwiegend Freiluftkühlung und, wenn nötig, direkte Verdunstungskühlung. Diese Systeme seien „deutlich energieeffizienter als herkömmliche kompressorbasierte Kühlsysteme“. Die durchschnittliche Lebensdauer der Server wurde von fünf auf sechs Jahre erhöht (Stand: Februar 2024). Dies wird durch optimierte Software und ein Wartungs- und Reparaturprogramm erreicht, das gleichzeitig den CO2-Ausstoß und Abfall in der Lieferkette reduziert. Besonders hervorzuheben ist laut AWS die Entwicklung eigener, energieeffizienter Chips, von denen Kunden direkt profitieren können. Der sog. Inferentia2-Chip erreicht laut AWS eine bis zu 50 Prozent höhere Energieeffizienz bei gleichzeitiger Kosteneinsparung von bis zu 40 Prozent.

Erfolgsmessung

AWS unterstützt die Unternehmenskunden auch bei der Erstellung ihrer Ökobilanzen. Das Instrument „Customer Carbon Footprint Tool“, das über die AWS Konsole zugänglich ist, ermöglicht eine detaillierte Analyse der CO2-Emissionen. Die Kunden können ihre Emissionsdaten nach geografischen Standorten und genutzten Services – wie beispielsweise Amazon Simple Storage Service (S3) – aufschlüsseln. Interessant für die Nachhaltigkeitsberichterstattung ist die Möglichkeit, Veränderungen des CO2-Fußabdrucks im Zeitverlauf zu messen. Damit können Unternehmen die Umweltauswirkungen ihrer Cloud-Ressourcen präzise erfassen und in ihre Ökobilanz integrieren.

Dass all diese Maßnahmen schon lange Früchte tragen, zeigt ein Blick auf die Treibhausgas-Emissionen deutscher Rechenzentren seit 2014. Trotz des starken Zubaus von Kapazitäten sind sie laut Bitkom-Zahlen gesunken. Dies ist vor allem auf eine Versorgung mit Strom aus erneuerbaren Ressourcen sowie gesteigerte Energieeffizienz zurückzuführen.Lagen die CO2-Emissionen ausgehend vom deutschen Strommix im Jahr 2014 noch bei 6,9 Mio. Tonnen CO2, waren es 2024 nur noch 6,5 Mio. Tonnen. Ab jetzt dürfte die KI-Rakete für Spannung sorgen – nicht nur bei Melanie Nakagawa.