Was ein Rechenzentrum ist und warum es Strom und Wasser braucht
Fotos, E-Mails, Suchanfragen und viele Anwendungen laufen auf Rechnern, die nicht auf dem Schreibtisch stehen. Sie stehen in Rechenzentren: Gebäuden, in denen Technik dicht beieinander arbeitet und deshalb zuverlässig mit Strom versorgt und gekühlt werden muss.
Ein Rechenzentrum bündelt Server, Speicher und Netzwerkgeräte
Ein Rechenzentrum ist eine Anlage mit Servern, Datenspeichern, Netzwerkgeräten und Hilfstechnik. Server sind Computer, die Daten verarbeiten und speichern. Datenspeicher bewahren Daten auf. Netzwerkgeräte verbinden die Rechner mit anderen Netzen. Typischerweise stehen diese Geräte in Schränken, die Racks heißen, und diese Racks stehen in Reihen.
Moderne Server enthalten nicht nur Hauptprozessoren. Sie können auch spezialisierte Beschleuniger wie Grafikprozessoren enthalten, die etwa für KI-Berechnungen eingesetzt werden.
Die Vorstellung eines einzelnen Rechners hilft hier nur begrenzt. Entscheidend ist das Zusammenspiel vieler Geräte: Daten müssen verarbeitet, gespeichert und weitergeleitet werden. Daneben braucht die Anlage Technik, die den Betrieb absichert.
Batterien für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und Notstromgeneratoren gehören zu dieser Absicherung. Sie halten die Anlage bei Ausfällen in Betrieb. Sie laufen selten, sind aber dafür da, wenn die normale Stromversorgung unterbrochen wird.
Batterien für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und Notstromgeneratoren gehören zu dieser Absicherung. Sie halten die Anlage bei Ausfällen in Betrieb.
Server verbrauchen den größten Teil des Stroms
Ein Rechenzentrum verbraucht nicht nur Energie für die Rechner selbst. Strom fließt auch in Speicher, Netzwerktechnik, Kühlung, Stromverteilung und weitere Gebäudetechnik. Wie sich der Verbrauch aufteilt, hängt von der Anlage ab.
Server verursachen im Mittel rund 60 Prozent des Strombedarfs moderner Rechenzentren. Zentrale Speicher benötigen rund 5 Prozent, Netzwerktechnik bis zu 5 Prozent.
Rechenzentren verbrauchten 2024 weltweit geschätzt rund 415 Terawattstunden Strom. Das entsprach etwa 1,5 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs. Eine Terawattstunde ist eine Einheit für sehr große Energiemengen.
Der Bedarf bleibt nicht statisch. Im Basisszenario der Internationalen Energieagentur steigt der weltweite Rechenzentrumsverbrauch bis 2030 auf rund 945 Terawattstunden, knapp 3 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs.
Rechenzentren verbrauchten 2024 weltweit geschätzt rund 415 Terawattstunden Strom. Das entsprach etwa 1,5 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs.
Kühlung schützt die Technik vor ihrer eigenen Abwärme
Rechenleistung erzeugt Wärme. Damit die Geräte zuverlässig arbeiten, muss diese Wärme abgeführt werden. Kühlung und Klimaregelung sind daher kein Nebenraumthema, sondern ein Teil des Betriebs. Klimaregelung meint hier: Temperatur und Bedingungen in der Anlage werden gesteuert.
In einem effizienten Großrechenzentrum verursachen Kühlung und Klimaregelung etwa 7 Prozent des Stromverbrauchs. In einem weniger effizienten Unternehmensrechenzentrum können es über 30 Prozent sein.
Wasser kann helfen, Wärme vor Ort abzuführen. Wie viel davon nötig ist, hängt von Kühltechnik und Standort ab. Eine allgemeingültige Wassermenge pro Rechenzentrum gibt es deshalb nicht.
Der direkte Wasserverbrauch von US-Rechenzentren lag 2023 nach einer Schätzung des Lawrence Berkeley National Laboratory bei 66 Milliarden Litern. Für die Stromerzeugung kamen indirekt fast 800 Milliarden Liter hinzu.
Nicht jede Anlage kühlt gleich. Bei den Hochleistungsrechnern Perlmutter und Doudna des Berkeley Lab wird Kühlflüssigkeit direkt an die Chips geführt und mit Außenluftkühlung kombiniert. Chips sind die Bauteile, auf denen Rechenoperationen stattfinden.
Wasser kann helfen, Wärme vor Ort abzuführen. Wie viel davon nötig ist, hängt von Kühltechnik und Standort ab.
Strom, Fläche, Netze und Klima machen einen Standort geeignet oder schwierig
Ein Rechenzentrum braucht nicht nur ein Gebäude. Es bündelt eine große Stromlast an einem Ort. Genau diese Konzentration macht den Anschluss an das Stromnetz zu einer besonderen Herausforderung. Wo viel Leistung an einer Stelle benötigt wird, muss das Netz diese Leistung bereitstellen können.
Strom, Fläche und Netzverbindungen gelten als knappe Standortressourcen. Das Klima beeinflusst zusätzlich, wie viel Energie die Kühlung benötigt.
Um den zusätzlichen Energieaufwand sichtbar zu machen, gibt es die Kennzahl PUE. Sie teilt den gesamten Anlagenstrom durch den Strom der IT-Geräte. IT-Geräte sind hier Server, Speicher und Netzwerkgeräte.
Der globale PUE-Durchschnitt lag 2024 bei 1,56. Das bedeutet: Auf eine Einheit Strom für IT-Geräte kamen 0,56 zusätzliche Einheiten für Kühlung, Stromverteilung und weitere Gebäudetechnik.
Der globale PUE-Durchschnitt lag 2024 bei 1,56. Das bedeutet: Auf eine Einheit Strom für IT-Geräte kamen 0,56 zusätzliche Einheiten für Kühlung, Stromverteilung und weitere Gebäudetechnik.
Ein Rechenzentrum verbindet Rechenleistung mit Infrastruktur
Ein Rechenzentrum ist damit mehr als ein Raum voller Computer. Die Server leisten die Rechenarbeit, doch Stromversorgung, Kühlung und Netzanbindung entscheiden mit darüber, ob diese Arbeit stabil laufen kann. Wasser wird dort relevant, wo es Wärme abführt; Strom ist nötig für die Geräte und für alles, was sie am Laufen hält.
Die Zahlen zeigen auch, warum Standorte nicht beliebig sind. Eine Anlage braucht Fläche und Netze, aber ebenso einen tragfähigen Stromanschluss und ein Konzept dafür, wie ihre Wärme behandelt wird.
Ein Rechenzentrum ist damit mehr als ein Raum voller Computer. Die Server leisten die Rechenarbeit, doch Stromversorgung, Kühlung und Netzanbindung entscheiden mit darüber, ob diese Arbeit stabil laufen kann.
Häufige Fragen zu Rechenzentren
Warum braucht ein Rechenzentrum Wasser?
Wasser wird vor Ort vor allem eingesetzt, um die Wärme von Chips und Servern abzuführen. Der Umfang hängt von der Kühltechnik und vom Standort ab.
Warum stehen Server in Racks?
Racks sind Schränke für Server, Speicher und Netzwerkgeräte. Sie stehen typischerweise in Reihen und bündeln die Technik in einer Anlage.
Was bedeutet PUE?
PUE setzt den gesamten Anlagenstrom ins Verhältnis zum Strom der IT-Geräte. Die Differenz zeigt den zusätzlichen Energiebedarf etwa für Kühlung und Stromverteilung.