Klimakiller Cloud-Computing – EU-Projekt CACTOS erforscht Energiesparpotentiale

Ein von der EU mit 4,5 Millionen Euro gefördertes internationales Forschungsprojekt will nun den Energieverbrauch beim Cloud Computing drastisch senken. Das von der Uni Ulm koordinierte Projekt zielt auf die Optimierung der Leistungsfähigkeit durch eine gezielte Ansteuerung von Hardware.

Was die Anbieter internetbasierter Rechendienstleistungen sicherlich freut, bereitet Klimaschützern beträchtliche Sorgen. 2014 sollen bis zu 60 Prozent aller Rechenleistungen in der virtuellen „Wolke“ verarbeitet werden, schätzen Experten. Doch die Serverparks, in die die Daten über das Internet ausgelagert werden, sind regelrechte Energiefresser.

Laut aktuellem Greenpeace-Bericht verbraucht das weltweite Cloud Computing mit rund 700 Milliarden Kilowattstunden inzwischen mehr Strom als die gesamte Bundesrepublik. Amerikanische IT-Konzerne wie Apple, Google und Facebook setzen nun verstärkt auf regenerative Energien, um ihre CO2-Bilanz zu verbessern.

„Viel besser wäre es natürlich, wenn Energie erst gar nicht verbraucht wird“, sagt Professor Stefan Wesner. Der Leiter des Instituts für Organisation und Management von Informationssystemen (OMI) an der Universität Ulm koordiniert ein mit 4,5 Millionen Euro von der EU gefördertes Forschungsprojekt zur Optimierung der Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz von Cloud Computing Prozessen.

Das im Herbst letzten Jahres angelaufene „CACTOS“ Projekt zielt auf die Effizienzsteigerung von Cloud-Infrastrukturen. Die Abkürzung steht übrigens für die etwas sperrige Bezeichnung Context-Aware Cloud Topology Optimisation and Simulation. Das ehrgeizige Ziel: mehr Leistung bei gleichem oder geringerem Energieverbrauch. An dem internationalen Konsortium sind führende Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Großbritannien, Irland, Schweden und Deutschland beteiligt.

„Unsere Forschung soll dabei helfen, Cloud-basierte Anwendungen so energieeffizient und leistungsstark wie möglich anzubieten“, so Wesner. Der Großrechner-Experte und Leiter des Kommunikations- und Informationszentrums (kiz) der Universität Ulm und seine Forschungspartner haben dabei die Betreiber von Rechenzentren im Blick.

Die Herausforderung: Moderne Hardware wird immer heterogener und die Steuerung der Rechenzentren umso komplexer. Gemeinsam arbeitet das internationale IT-Team nun an einer praktikablen und umweltfreundlichen Lösung. „Der technische Clou besteht darin, den unterschiedlichsten Software-Anwendungen jederzeit die bestgeeignete Hardware zuzuordnen“, erklärt Wesner.

Der im Rahmen von CACTOS zu entwickelnde Werkzeugsatz ist darauf ausgerichtet, die optimale Infrastruktur zu selektieren, die im Hinblick auf Servicequalität und niedrige Betriebskosten ideal zur Anwendung des Nutzers passt. Das erhöht nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit, sondern schont über den reduzierten CO2-Ausstoß auch das Klima. „Unser Ziel ist es, Hardware-Ressourcen besser zu nutzen und so die Energieeffizienz zu steigern. Allein durch die Wahl der richtigen Hardware, kommt man um ein Vielfaches schneller zum Ergebnis“, sagt der studierte Elektrotechniker.

Doch wie findet man für die variierenden Arbeitsbelastungen unterschiedlichster Anwendungen die am besten geeignete Hardware? Hierfür müssen die Applikationen im Hinblick auf ihre technischen und energetischen Anforderungen hin klassifiziert werden.

Das heißt, für jede Art der Anwendung werden individuelle Anwendungsmodelle und Heuristiken ermittelt sowie Optimierungsstrategien definiert. In einer eigens dafür aufgebauten Infrastruktur mit vielen verschiedenen Hardwarekonfigurationen werden die Klassifizierungsmodelle und Anwendungsklassen getestet und validiert.

Die daraus abgeleiteten Validierungsmetriken werden schließlich dabei helfen, die Performanz und Energieeffizienz in Cloud-Infrastrukturen zu ermitteln und zu optimieren. Die Optimierungsstrategien, die zur Anwendung gebracht werden sollen, sind prinzipiell unabhängig von spezifischen Cloud Plattformen, werden allerdings im Rahmen des Projekts sowohl in so genannte Flexiants Cloud Orchestrator (FCO) als auch in Open Source Lösung OpenStack integriert, um Leistungseffekte in der Praxis besser überprüfen zu können.

Das Ulmer Institut für Organisation und Management von Informationssystemen (OMI) bringt dabei seine umfangreichen Erfahrungen im Bereich hochskalierbarer Monitoring Systeme sowie in der intelligenten Prozesssteuerung in der Cloud ein.

Hintergrundinformation zum Institut für Organisation und Management von Informationssystemen (OMI) der Universität Ulm

Das OMI legt seinen Forschungsschwerpunkt auf Cloud Computing, energieeffizientes Computing, autonomes Infrastrukturmanagement und heterogene Computing Systeme. In diesem Zusammenhang ist das Institut in verschiedene Projekte involviert, zum Beispiel Mythos – Many Threads Operating Systems, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), das Forschungsprojekt PaaSage über modellbasierte Cloud Plattform Upperware und POLCA – Programming Large Scale Heterogeneous Infrastructures, beide gefördert im Rahmen des 7. Rahmenprogramms der Europäischen Union. Die enge Beziehung des Instituts zum Kommunikations- und Informationszentrum (kiz) der Universität Ulm unterstützt die obigen Gebiete durch Erfahrung im Betrieb von Datenzentrums-infrastrukturen sowie direkte und starke Interaktion mit dem Endverbraucher.

Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Stefan Wesner; Tel.: 0731 / 50 – 22500; Email: stefan.wesner@uni-ulm.de

Verantwortlich:
Andrea Weber-Tuckermann