Die Cloud-Nutzung boomt – und wird grün: 90 Prozent der deutschen Unternehmen nutzen 2025 Cloud-Services, Tendenz steigend [1]. Cloud ist oft energieeffizienter als interne Server, aber auch hier wachsen Strombedarf und CO₂-Ausstoß. Doch Cloud ist nicht immer grüner als das Rechnen vor Ort – denn Datenübertragung verbraucht Energie. Edge Computing bringt Rechenleistung näher an die Datenquelle und spart so Übertragungsenergie. Wie können Edge-Cloud Lösungen für eine nachhaltige Zukunft optimiert werden?
In einem aktuellen Projekt mit der T-Systems International haben wir am Fraunhofer ISST uns umfassend mit der Identifizierung von Optimierungsmaßnahmen in der Edge-Cloud beschäftigt, um die Energieeffizienz der Systeme zu steigern. Angesichts steigender Energiepreise und der dringenden Herausforderungen durch den Klimawandel sowie der Notwendigkeit zur Ressourcenschonung ist es entscheidend, innovative Strategien zur Verbesserung der Energieeffizienz in der Cloud-Technologie zu entwickeln.
Was haben wir gemacht?
Im Rahmen unserer Forschung haben wir eine umfassende Übersicht über den aktuellen Stand der Forschung, Technologien und innovative Ansätze zur Optimierung der Energieeffizienz in der Edge-Cloud erstellt. Darüber hinaus haben wir ein Framework für Messungen und Benchmarking im Edge-Cloud-Kontinuum entwickelt, das es ermöglicht, den Energieverbrauch ganzheitlich zu betrachten und gezielte Maßnahmen zu ergreifen.
Technologien zur Energieoptimierung
Eine Lösung liegt in Technologien wie Offloading und Mechanismen zur dynamischen Applikationsplatzierung. Diese Ansätze nutzen effizientere Hardware und sind entscheidend für die Ressourcenverteilung. Durch die gleichmäßige Verteilung der Lasten wird die Ressourcennutzung optimiert, was die Effizienz steigert. Um dies effizient zu erreichen, ist es nützlich, die Arbeitslasten zu modellieren, um sie zu kategorisieren und Prognosen zu treffen. Ein weiterer Ansatz ist die dynamische Anpassung der Betriebsspannung der Geräte und der Prozessorfrequenz (DVFS), sowie die Nutzung verschiedener Energiesparmodi. Ein effektives Energiemonitoring-System hilft dabei, den Überblick über komplexe Architekturen zu behalten und Anomalien frühzeitig zu erkennen.
Darüber hinaus haben wir ein Messsystem für den Energieverbrauch in der Edge-Cloud entwickelt. Dieses System ermöglicht die Erfassung und Analyse des Energieverbrauchs, wobei Präzision und Overhead der Messungen individuell gegeneinander abgewogen werden können, um den spezifischen Anforderungen gerecht zu werden. Mit einer ganzheitlichen Betrachtung entlang des Edge-Cloud Kontinuums sind wir in der Lage, nicht nur den aktuellen Verbrauch zu erfassen, sondern auch Optimierungspotenziale zu identifizieren und gezielte Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu ergreifen.
Vielfältige Anwendungsfälle
In unserem Projekt haben wir festgestellt, dass die Anwendungsfälle in der Edge-Cloud sehr unterschiedlich sind – von autonomem Fahren über Industrie 4.0 bis hin zu datengetriebenem Gesundheitswesen. Das Potenzial der vielen Maßnahmen aus unserem entwickelten Maßnahmenkatalog hängt stark von den spezifischen Eigenschaften der jeweiligen Anwendung ab.
Um individuell zugeschnittene Optimierungsmaßnahmen zu entwickeln und fundierte Entscheidungen zu unterstützen, arbeiten wir derzeit an einem Rahmenwerk für Optimierung und Management. Dieses Konzept wird es ermöglichen, verschiedene Strategien systematisch zu bewerten und anzuwenden.
Zusammenarbeit und Förderung
Das IPCEI-CIS Projekt [2] spielt eine bedeutende Rolle in der europäischen Landschaft für Cloud-Infrastrukturen und -Dienste. Dieses Projekt bündelt eine Vielzahl von Forschungsinitiativen aus 12 europäischen Ländern, die sich gemeinsam auf die Entwicklung zukunftsfähiger Cloud-Infrastrukturen konzentrieren. Deutschland stellt insgesamt 750 Mio. Euro bereit, um die digitale Souveränität Europas voranzutreiben. Ein wesentliches Ziel ist es sicherzustellen, dass Europa in einer zunehmend digitalen Welt unabhängig bleibt.
Wir unterstützen die T-Systems International im Rahmen ihrer Beteiligung im IPCEI-CIS. Die enge Partnerschaft ermöglicht es, praxisnahe Lösungen auf der Grundlage wissenschaftlich fundierter Methoden zu entwickeln. Die Optimierung der Energieeffizienz in der Edge-Cloud ist ein wesentlicher Schritt, um nachhaltige, kosteneffiziente und umweltfreundliche Systeme zu schaffen. Alle im Zuge des IPCEI-CIS-Projekts erzielten Ergebnisse werden der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.
Ausblick auf die Zukunft
Im nächsten Schritt beabsichtigen wir, Energiemarktdaten zu integrieren, um die Orchestrierung der Ressourcen an der Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energiequellen auszurichten. Dies wird entscheidend dazu beitragen, Energieengpässe zu vermeiden, was angesichts der zunehmenden Belastungen der deutschen und europäischen Energienetze in den kommenden Jahren von großer Bedeutung ist.
[1] Bitkom Cloud Report 2025
[2] BMWE – IPCEI Nächste Generation Cloud Infrastrukturen und Services
Leselinks:
- Projekt »IPCEI-CIS Sustainability-Focused Orchestration in the Edge Cloud Continuum«
- Analyse: »Edge Datenwirtschaft: Stakeholder Analyse I Neuer Radar bietet umfassende und strukturierte Übersicht relevanter Stakeholder«
- Kurzstudie »Datenwirtschaft und Edge-Computing – Potenziale, Herausforderungen und Handlungsempfehlungen für Unternehmen«
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