Der Weg zu nachhaltigeren Rechenzentren: Energieeffizienz und Leistung

ARM (Advanced RISC Machine) CPUs sind aufgrund ihrer RISC (Reduced Instruction Set Computer)-Architektur effizienter. Dies führt zu mehreren Vorteilen:

1. Einfachere Befehlssätze: Die RISC-Architektur verwendet einfachere und weniger Befehle als die CISC-Architektur. Dies ermöglicht eine schnellere Befehlsausführung, da weniger Zeit für die Dekodierung komplexer Befehle aufgewendet wird. Dadurch kann die CPU mehr Aufgaben pro Taktzyklus erledigen und somit insgesamt effizienter arbeiten.

2. Pipelining: RISC-CPUs nutzen häufig das Konzept des Pipelining, bei dem mehrere Befehle gleichzeitig in verschiedenen Stadien der Verarbeitung ausgeführt werden. Da die RISC-Befehle einfacher und gleichmäßiger sind, lassen sie sich leichter in Pipelines einpassen, was die Durchsatzleistung erhöht und die Energieeffizienz verbessert.

3. Geringerer Stromverbrauch: Aufgrund der einfacheren Befehlssätze und des optimierten Designs verbrauchen ARM-Prozessoren im Allgemeinen weniger Strom als ihre x86-Gegenstücke. Dies führt zu einer längeren Akkulaufzeit bei mobilen Geräten und zu geringerem Energieverbrauch in Servern und Rechenzentren.

4. Geringere Transistoranzahl: Die RISC-Architektur benötigt weniger Transistoren als die CISC-Architektur, was zu kleineren und energieeffizienteren CPUs führt. Weniger Transistoren bedeuten auch eine geringere Wärmeentwicklung, was wiederum die Kühlungsanforderungen reduziert und die Energieeffizienz erhöht.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Effizienzvorteile von ARM-CPUs von der Art der Anwendung abhängen, für die sie eingesetzt werden. Bei rechenintensiven Aufgaben wie High-Performance-Computing oder anspruchsvollen Serveranwendungen können x86-CPUs weiterhin Vorteile bieten. Dennoch sind ARM-basierte CPUs aufgrund ihrer Energieeffizienz, Skalierbarkeit und geringeren Umweltauswirkungen eine attraktive Wahl für viele Anwendungsfälle, insbesondere in Servern und Rechenzentren, die leichtgewichtige Webanwendungen betreiben.

ARM-Kerne sind in der Lage, eine hohe Anzahl an gleichzeitigen Verbindungen effizient zu verarbeiten. Dies ist besonders wichtig für Webserver, da diese oft Tausende von Anfragen pro Sekunde bearbeiten müssen. Durch den Einsatz von ARM-CPUs können Webdienste ihre Rechenleistung optimieren und gleichzeitig Energie sparen. 

Der Punkt ist, dass Webanwendungen in der Regel kleine, leichtgewichtige Routinen sind. Die zugrunde liegenden Skriptsprachen, Proxies, Datenbanken und Dateisysteme laufen sehr performant auf den leichtgewichtigeren ARM-Kernen. Gute Beispiele sind die Single-Board Computer, wie wunderbar IoT-Aufgaben und Web-Hosting übernehmen können. Und dabei die gleiche Energieaufnahme haben, wie eine IKEA-LED-Glühlampe. Das sind 5 Watt (Raspberry Pi Zero W) im Vergleich zu 50 Watt (AMD Ryzen).

Am Beispiel einer Datenbank - zum Beispiel MariaDB - lässt sich gut aufzeigen, dass die Betriebskosten und Energieverbrauch gesenkt werden können. Das folgende Paper behandelt MariaDB auf ARM. Es gibt eine Initiative, MariaDB für ARM zu optimieren. ARM-CPUs sind überall verbreitet – von Mobilgeräten, Netzwerkausrüstung, Automobilplatinen, IoT bis hin zu Servern. Daher besteht ein hoher Bedarf, MariaDB auf ARM laufen zu lassen. Der Betrieb von MariaDB auf ARM ist kosteneffektiver, was diese Plattform für verschiedenste Anwendungen noch attraktiver macht. Durch die Optimierung von MariaDB für ARM können Entwickler und Unternehmen von den Vorteilen dieser Technologie profitieren und gleichzeitig Kosten sparen.