Homelab-Stromverbrauch richtig messen

Die Verwaltungsseite nennt eine Zahl, das Messgerät an der Steckdose eine andere und das Datenblatt eine dritte. Glückwunsch: Alle drei stimmen, sie messen nur Verschiedenes.

Kurz gesagt

Ein Homelab ist die kleine Sammlung aus Servern, Netzwerktechnik und Speicher, die man zu Hause zum Lernen und Ausprobieren betreibt. Um dessen Stromverbrauch richtig zu messen, steckst du das Messgerät zwischen Steckdose und Gerät, misst jeden Betriebszustand einzeln und schreibst die genaue Konfiguration dazu. Sensorwerte, Datenblattzahlen und Schätzungen helfen, sind aber nicht das, was dein Stromzähler zählt.

So funktioniert’s

1. An der Steckdose oder innen? Ein Wert an der Steckdose (Wechselstrom) enthält die Verluste im Netzteil. Ein Wert im Gerät (Gleichstrom) enthält sie nicht. SPEC hält fest, dass man Wechselstrom- und Gleichstromergebnisse nicht miteinander vergleichen soll, und nennt den Wirkungsgrad der Umwandlung einen der kritischen Punkte für die Gesamteffizienz. Deine Rechnung folgt der Steckdose, also miss dort.
2. Schätzung oder Messung? HPE Power Advisor schätzt die Leistung einer Serverkonfiguration schon vor dem Kauf. HPE beschreibt die Ergebnisse als konservative Schätzungen und weist darauf hin, dass der tatsächliche Verbrauch eines installierten Systems abweichen kann. Nimm das Werkzeug zum Planen. Ob es stimmt, zeigt nur ein Messgerät.
3. Modell oder Konfiguration? Ein Servermodell gibt es mit unterschiedlichen Netzteilen, Lüftern und Laufwerkskäfigen. Für den DL380 Gen10 nennt HPE Netzteile mit 500 W, 800 W und 1600 W und gibt dafür 94 % Wirkungsgrad an (das 800-W-Netzteil auch in einer Variante mit 96 %). Modelle mit einem Prozessor werden üblicherweise mit vier Standardlüftern ausgeliefert, solche mit zwei Prozessoren mit sechs. Das Modell allein sagt keinen Messwert voraus. Schreib die genauen Bauteile auf.
4. Spannung und Raum: Laut SPEC können Netzspannung und weitere Eigenschaften der Stromquelle die Effizienz eines Geräts ändern, und die Temperatur wirkt deutlich auf die Leistungsaufnahme. Halte beides bei jedem Wert fest.
5. Messgerät an die richtige Stelle. SPEC setzt das Leistungsmessgerät zwischen Spannungsquelle und Prüfling, ohne weitere aktive Komponente dazwischen, und rät bei Benchmarks von der automatischen Bereichsumschaltung ab, weil beim Umschalten Daten ungenau werden oder verloren gehen können. Für ein privates Messgerät heißt das: Steck das Gerät direkt hinein und behalte den eingestellten Messbereich im Blick.
6. Ein Zustand nach dem anderen. Leerlauf, typischer Workload und kontrollierte Last bekommen eigene Messwerte. Wie das geht, steht im Artikel zum Messprotokoll.
7. Danach in kWh umrechnen. Multipliziere die Leistung jedes Zustands mit seinen Stunden pro Tag, wie im Artikel zu Homelab-Stromkosten, und kennzeichne das Ergebnis als Schätzung.

In der Praxis

Nimm einen Server an, dessen Bauteile 200 W Gleichstrom brauchen (angenommener Wert). Dieselben Bauteile hinter zwei verschiedenen Netzteilen:

94 % Wirkungsgrad:  200 W ÷ 0,94 = 212,8 W an der Steckdose
90 % Wirkungsgrad:  200 W ÷ 0,90 = 222,2 W an der Steckdose
Unterschied:        rund 9,5 W (9,46 W ungerundet)
Dauerbetrieb:       9,46 W × 8.760 h = 82,8 kWh pro Jahr  →  33,13 € bei 0,40 €/kWh

94 % und 90 % sind Beispielwirkungsgrade, keine Messwerte. Der Preis ist der gerundete Haushaltsdurchschnitt aus dem Artikel zu Watt und kWh. Eine Messsitzung an deinem eigenen Server sieht dann so aus: Konfiguration notieren, Server in das Messgerät stecken, booten und beruhigen lassen, Leerlauf aufzeichnen, Workload starten, erneut aufzeichnen und dazu Spannung und Raumtemperatur festhalten.

Was den Leerlaufwert wirklich treibt

Wenn ein Server im Leerlauf 110 W statt 60 W zieht, ist der Grund selten „die CPU“. Nach unserer Erfahrung lauten die üblichen Verdächtigen in dieser Reihenfolge: Zahl und Wirkungsgrad der Netzteile (zwei redundante Netzteile teilen sich eine kleine Last schlecht), drehende Platten und ein RAID-Controller mit eigenem Prozessor, Lüfter, die die Firmware wegen eines konservativen Kühlprofils schnell laufen lässt, Steckkarten (eine 10-GbE-Netzwerkkarte oder ein HBA ziehen mehr als ein Raspberry Pi), und erst dann die Prozessoren, deren Leerlaufaufnahme davon abhängt, wie tief sie schlafen dürfen. Zieh einen Faktor nach dem anderen heraus und miss erneut; die Differenz je Änderung ist die Zahl, die sich aufzuschreiben lohnt.

Einstellungen, die den Messwert verschieben

Moderne Prozessoren wechseln zwischen Frequenz-/Spannungskonfigurationen, den P-States, und das Betriebssystem wählt darunter aus: Mehr Frequenz und Spannung bedeuten mehr Befehle pro Sekunde und mehr Leistungsaufnahme, es gibt also einen eingebauten Zielkonflikt, und das CPUFreq-Subsystem von Linux entscheidet mit seinen Governors, in welchem Zustand die CPU sitzt. Zwei Stellen verändern deinen Messwert deshalb, ohne dass du Hardware anfasst: das Energieprofil der Firmware (HPE nennt es Power Regulator, andere Hersteller haben eigene Namen) und der Governor des Betriebssystems (performance, powersave, schedutil unter Linux; der Energiesparplan unter Windows). Miss den Leerlauf mit dem Profil, das du wirklich fährst, und notiere das Profil zum Wert. Ein Benchmark-Lauf mit performance und ein Alltag mit powersave sind am Messgerät zwei verschiedene Maschinen.

Eine Messsitzung, die eine Stunde dauert

1. Konfiguration, Firmware-Energieprofil und OS-Governor notieren.
2. Server direkt ins Messgerät stecken, starten, nach der Anmeldung 15 Minuten warten, bis Hintergrundjobs zur Ruhe kommen.
3. Leerlauf: 10 Minuten Messwerte mitteln.
4. Typische Last: die Dienste starten, die normalerweise laufen (VMs, Container), weitere 10 Minuten mitteln.
5. Kontrollierte Last: ein definierter Stresslauf (feste Zahl Threads, feste Dauer), über seine Dauer gemittelt.
6. Die drei Zahlen mit Unsicherheit, Datum, Raumtemperatur und Eingangsspannung in eine Zeile schreiben. Die Zeile nach jeder Hardware- oder Profiländerung wiederholen.

Prüfliste

• Miss an der Steckdose und steck das Gerät direkt in das Messgerät.
• Prüfe, ob der Server mehr als ein Netzteil hat, und miss jedes Kabel.
• Notiere die genauen Bauteile: Prozessoren, Arbeitsspeicher, Laufwerke, Karten und Netzteile.
• Halte Eingangsspannung und Raumtemperatur bei jedem Messwert fest.
• Führe Schätzungen, Sensorwerte und Steckdosenmessungen in getrennten Spalten.
• Kontrolliere den Messbereich des Geräts und verzichte auf die automatische Bereichswahl, wo dein Gerät das erlaubt.
• Kennzeichne jede Jahreszahl als Schätzung.
• Notiere Firmware-Energieprofil und OS-Governor zu jedem Leerlaufwert.