Cos`è il Green IT? - Facoltà di Economia

Dipartimento di
Elettronica e Informazione
Il Green IT e la sfida della
sostenibilità
Eugenio Capra
[email protected]
Roma, 23 giugno 2009
Indice
• Cos’è il Green IT e perché è importante
• Migliorare l’efficienza energetica dell’IT
• IT for a greener business
1
Cos’è il Green IT?
Definizione
IT che
consuma
meno energia
Ciclo di vita
dell’IT con
minor impatto
ambientale
Approfondite nella
presentazione
Aree di intervento
• Efficienza energetica
• Design innovativo di data center, power management
• Pratiche di utilizzo “green”
• Green manufacturing
• Gestione e riciclaggio di rifiuti e componenti
dismessi, eco-labeling
• Ottimizzazione imballaggi
• Cruscotti direzionali e di business intelligence per
IT for a
greener
business
monitorare i parametri “green” di tutti i processi
(non solo IT) tramite opportuni sensori
• Strumenti IT per ridurre l’impatto ambientale degli
altri processi
2
L’IT consuma più di quanto si pensi
Consumo medio, KW
• PC
0,2
• Server blade
1
• Rack di server blade
• Data center medie dimensioni
• Data center grandi dimensioni
40
250
10.000
3
Perché è importante parlare di Green IT?
L’IT ha un impatto ambientale
significativo
Il consumo energetico dell’IT costa
Il fabbisogno energetico è un
limite alla scalabilità dell’IT
L’impatto ambientale dell’IT sarà
presto oggetto di regolamentazione
4
L’IT ha un impatto ambientale significativo
Tipologia impatto
Evidenze
• L’IT è responsabile di più del 2% delle emissioni di
Emissioni di
CO2
CO2, come l’industria aeronautica
• Ogni PC genera 1 tCO2eq all’anno
• Un server produce in un giorno la stessa CO2 di un
SUV che percorre 25 km
Perdita
sostanze
inquinanti
• 70% dell’inquinamento del suolo da piombo,
cadmio e mercurio deriva dall’industria IT
Fonti: Gartner (2007), Forrester Research (2007), EILT (2007)
5
Il consumo energetico dell’IT costa (1/2)
Consumo per un’azienda di servizi di medie dimensioni*
Incidenza dell’energia
consumata dall’IT sul totale
Percento
Consumo medio
KWh
Altro
1.400 (210 €)
~730
30 – 70% a
seconda del tipo di
climatizzazione
IT aziendale in
1 giorno
Abitazione in
1 anno
* 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano
IT
STIME
Il consumo energetico dell’IT costa (2/2)
Spesa mondiale per i server, B$
Energia e raffreddamento
CAGR +29%
Manutenzione e amministrazione
CAGR +40%
Nuovi server
CAGR +12%
255
235
45
200
170
120
125
150
15
20
60
1996
Base
installata
6
(milioni)
Fonte: IDC (2006)
35
145
135
110
10
30
• Il costo
25
100
10
40
60
50
60
80
90
70
50
55
55
60
65
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
9
14
18
21
27
35
43
dell’energia
è cresciuto
di 4 volte in
14 anni,
molto più
del costo di
acquisto
7
Il costo dell’energia incide sempre di più sui
costi IT (1/2)
Spesa per energia e raffreddamento/ costo di
acquisto
100
• Per 1€
4X
67
69
64
45
40
17
1996
Base
installata
6
(milioni)
Fonte: IDC (2006)
17
21
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
9
14
18
21
27
35
43
speso per
acquistare
nuovi server
si spendono
più di 0,6€
all’anno per
alimentarli e
raffreddarli
8
Il costo dell’energia incide sempre di più sui
costi IT (2/2)
Ripartizione delle spese di gestione di un data
center, Percento
Affitto locali
Altro
6
4
Sicurezza
10
Elettricità
Manutenzione e
amministrazione
13
67
Fonte: IDC (2007)
STIME
In Italia la situazione è ancora più grave
Costo dell’energia per uso industriale,
$cent/ KWh
UK
13
Francia
Germania
8
5
USA
6
Fonte: Key world energy statistics, IEA (2007)
Spagna
9
Giappone
Cina
12
6
Italia
24
Sud Africa
Australia
2
6
10
Il fabbisogno energetico dell’IT è un limite
alla scalabilità
Evidenze e previsioni
• I data center, spesso posizionati nei pressi di centri
urbani, richiedono grandi quantità di energia
• I nuovi server blade consumano fino 40KW a rack
(5 server da 8 unità)
• La potenza elettrica richiesta da un PC cresce
dell’8-10% all’anno
• Nel 2009 in USA i data center dovranno ospitare il
50% in più di server rispetto al 2007
• Il 60% dei data
center sono
condizionati dai
limiti di energia,
raffreddamento e
spazio
• I gestori della rete elettrica spesso non sono in
grado di convogliare così tanta energia in un punto
e le infrastrutture di rete sono difficilmente
modificabili in aree urbane
Fonti: Forrester Research, Gartner, IBM (2007)
11
L’impatto ambientale dell’IT sarà presto
oggetto di regolamentazione
Evidenze e previsioni
• La normativa italiana già oggi impone alle aziende
civili che consumano più di 1.000 TEP all’anno (circa
4 GWh) e alle aziende industriali che consumano più
di 10.000 TEP all’anno (circa 40 GWh) di avere
l’energy manager.
• Una media azienda di servizi (200 dipendenti)
consuma circa 0,5 GWh all’anno, quindi la normativa
è attualmente poco restrittiva, ma i limiti potrebbero
cambiare
• Nel 2008 il decreto RAEE ha recepito le normative
europee in tema di eWaste, imponendo il recupero e
il riciclaggio di tutte le apparecchiature elettriche ed
elettroniche
• Monitorare e
razionalizzare il
consumo
energetico dell’IT
della propria
azienda vuol dire
anticipare la
normativa ed
evitare problemi
nel medio termine
• E’ probabile che nel medio termine venga introdotta
una tassazione sulle emissioni equivalenti di CO2 (è
già una proposta concreta in UK)
12
Conosci il tuo nemico
Fatti
• L’86% dei dipartimenti ICT in UK non conosce
il peso delle proprie emissioni di CO2
• In Italia il 95% dei responsabili dei sistemi
informativi non conoscono l’entità dei costi
energetici dei loro sistemi
• Chi paga la bolletta spesso non è la stessa
persona che paga i server (in Italia 81% dei
casi)
• L’impatto ambientale
delle diverse attività
di un’organizzazione
spesso è
sconosciuto e non è
monitorato
• E’ difficile
ottimizzare ciò che
non si conosce
Fonte: EILT (2007); Indagine condotta dal Politecnico di Milano su un campione di 138 aziende italiane
13
Indice
• Cos’è il Green IT e perché è importante
• Migliorare l’efficienza energetica dell’IT
• IT for a greener business
14
Dove viene consumata l’energia elettrica in un
sistema IT
Consumi medi giornalieri di un’azienda di servizi di medie
dimensioni*, KWh
STIME
1400 KWh
706
406
112
70
Totale
Percento
Sala server
PC
UPS
Switch
50%
29
8
5
* 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano
70
28
Sorvegli- Stampanti
anza
5
2
14
Altro
1
15
Ci sono già tanti modi per aumentare
l’efficienza energetica dell’IT
Contesto
Azioni
• Abbassare la frequenza di clock e passare
Progettazione
da processori single-core a quad-core
STIME
ESEMPI
Riduzione dei consumi
relativi
• Fino a 50%
• Dividere la cache in segmenti alimentati
solo quando necessario
Utilizzo
•
•
•
•
•
Utilizzare meno drive più potenti
•
•
•
•
Abilitare il power management
• Fino a 50%
Utilizzare DC nei data center
Virtualizzare i server
Utilizzare ventole a velocità variabile
Utilizzare scambiatori di calore più
efficienti nei case
Spegnere il sistema quando non in uso
• Fino a 80%
• Fino a 45%
• Fino a 60%
• ~60-70%
Usare efficacemente lo screen saver
Migliorare la qualità dei dati
• ~30%
Fonti: EILT (2007), EPA (2005), IBM (2007), San Murugesan “Harnessing Green IT: Principles and Practice” (2007)
16
Fare green IT conviene economicamente
Ottimizzazione di un PC
STIME
ESEMPIO
Premium price per PC green: $ 20
Risparmio: 30 W
• L’investimento
57 KWh
x
Ore di utilizzo*: 1900 h
x
$ 14 / anno
green si ripaga in
meno di 2 anni,
senza contare la
riduzione dei
costi di
condizionamento
Costo energia: 0,24 $/KWh
* 40 ore a settimana per 48 settimane
Fonte: Elaborazione su dati Intel (2007)
17
Dove viene consumata l’energia in un data
center
Energia in
ingresso
100 W
UPS
18 W
60 W
PDU
HVAC
Leve di
ottimizzazione
?? W
3W
• Layout fisico
• Condizionament
o a potenza
variabile
• Componenti
infrastrutturali
green
Server
• Architetture
green
• Componenti
ausiliari green
(es. storage)
• Ventole a
velocità variabile
• Utilizzo DC?
Processore
(in idle ?)
Calcolo
• Processori
• Green
green
Operazione
di business
software
• Virtualizzazione e
bilanciament
o dei carichi
di lavoro
• Calcolo
parallelo
• MPI
Gestore del data center
Attori
Vendor
Utenti
Fonte: Ed Stanford, Intel Corporation, ISPSD 2008
18
Cosa vuol dire efficienza energetica ?
Energia in
ingresso
100 W
UPS
?? W
3W
18 W
60 W
PDU
HVAC
DCIE = Energia server/ energia in
ingresso
Server
Processore
(in idle ?)
Calcolo
Watt/ Mips
Watt/ tpm
Operazione
di business
Watt/ ???
Quanto è efficiente il software dal punto
di vista energetico ?
Come si fa a scrivere software green?
19
I processori sono sempre più efficienti, ma
vengono usati in modo inefficiente
Frequenza di clock del processore (MHz)
3.600
x72
Performance per Watt* (Ktpm-c/ Watt)
1.400
250
50
150
486
P3
P4
100
Potenza dissipata (W)
120
x12
Proc.
Generazione 1
30
Fonte: Wikipedia, Intel (2002)
P3
Proc.
Generazione 3
* Benchmark TPC-C
10
486
Proc.
Generazione 2
P4
20
21
Comunicare costa energia
• L’informazione è rappresentata tramite lo stato
fisico di un sistema
• Per effettuare calcoli e operazioni occorre
commutare lo stato fisico del sistema, e questo
richiede energia
• L’energia assorbita da un sistema IT dipende da:
 Quante operazioni si eseguono (= quanti
bit occorre commutare)
 Quanto energia serve a commutare 1 bit
(quanto efficienti sono i nostri sistemi)
 La velocità della commutazione
• A livello teorico il modo più efficiente per
memorizzare 1 bit di informazione è tramite lo spin
di un atomo
• La fisica quantistica impone comunque un
consumo minimo di energia: per commutare 1 bit a
1 Ghz servono almen 10-25 J. Nei nostri laboratori
siamo arrivati a 10-16 J)
• La fisica quantistica
impone un limite
minimo al consumo
dell’IT
• Tuttavia i nostri
sistemi IT
consumano molta
più energia sia
perché le
commutazioni non
sono efficienti, sia
perché il numero di
operazioni da
eseguire non è
ottimizzato
22
La ricerca al Politecnico di Milano*
ESEMPI
Area di impatto
Temi in corso di approfondimento
• Mappatura metriche di qualità del design con
Software
metriche di complessità legate alle inefficienze con
cui si gestisce l’informazione
• Ottimizzazione del codice
• Impatto dei requisiti di un sistema informativo e dei
Sistema
Informativo
cambiamenti organizzativi sui consumi del data
center
• Cruscotti direzionali per monitorare i parametri di
Data center
impatto ambientale di un data center e ottimizzarne
le prestazioni in tempo reale
23
* Dipartimento di Elettronica e Informazione
Il software incide significativamente sui
consumi
L’energia consumata è data
dall’integrale della potenza
nel tempo.
Energia aggiuntiva rispetto
ad IDLE consumata:
•BLU: 230 mWh
•ROSSO: 290 mWH
•NERO: 380 mWh
Potenza
assorbita in
IDLE
Potenza assorbita da 3
diversi DBMS che eseguono
lo stesso carico di lavoro
• Il software fa
quasi
raddoppiare il
consumo rispetto
all’idle
• Software
funzionalmente
identici, ma
strutturalmente
diversi inducono
consumi con
differenze fino al
65%
• Software green
non equivale
necessariamente
a software
performante
24
Indice
• Cos’è il Green IT e perché è importante
• Migliorare l’efficienza energetica dell’IT
• IT for a greener business
25
L’efficienza energetica dell’IT è cresciuta
molto più che in altri settori
Settore
Automobili
Aerei
Produzione
acciaio
Illuminazione
Sistemi di
calcolo
Efficienza 1978
Efficienza 2008
• 6,15 km/lt
• 8,50 km/lt
• 6,0 revenue
• 13,3 revenue
passenger mile/lt
passenger mile/lt
• 132 g/Kj
• 349 g/Kj
• 13 lumen/watt
• 57 lumen/watt
(incandescenza)
• 1,4 mips/watt
(fluorescenza)
• 40.000 mips/watt
Fonte: “A Smarter Shade of Green”, ACEEE Report for the Technology CEO Council, 2008
Miglioramento
X 1,4
X 2,2
X 2,7
X 4,4
X 28.571
26
Occorre ridurre le emissioni di CO2 del 76%
entro il 2050 per stabilizzare il clima
Emissioni globali di gas serra, GtCO2e
STIME
85
62
55
-76%
-68%
-64%
Target di 20 GtCO2e
annui
2008
2030
Fonte: McKinsey (2008); IPCC; Stern Review (2006)
2050
27
Se però il mondo vuole continuare a
crescere occorre aumentare la produttività
della CO2
STIME
Trend
• Per stabilizzare il
clima senza bloccare
il progresso la
produttività della CO2
deve crescere dagli
attuali 740 $/tCO2e a
7.300 $/tCO2e nel
2050
• Si tratta di una
seconda rivoluzione
industriale
Fonte: McKinsey (2008)
28
L’ICT può avere un ruolo in questo,
rendendo più “green” gli altri processi
Applicazioni ICT
ESEMPI
Impatto ambientale
•
•
•
•
•
Automazione industriale
•
•
•
•
Telepresenza e telelavoro
Secondo McKinsey l’ICT entro il
2020 contribuirà ad abbattere
7,8 GtCO2e
Videosorveglianza
• Minore incidenza dei
•
•
•
•
Posta elettronica
Smart power network
Strumenti per la domotica
Controllo digitale negli elettrodomestici
Centraline elettroniche nei veicoli
E-Commerce
• Maggiore efficienza
energetica
trasporti
Strumenti per l’infomobilità
Strumenti per il paperless office
Musica digitale
• Utilizzo più efficiente dei
materiali di consumo
Automazione industriale
29
…in ogni caso l’ICT è una parte
imprescindibile del nostro modo di vivere e
lavorare
30
Conclusioni
• Il consumo energetico dell’IT è un problema morale,
di immagine e di costo dal quale non si può più
prescindere, ma che conviene sfruttare per trarne
vantaggio competitivo
• Si può fare qualcosa fin da subito a tutti i livelli, ma
conviene investire in ricerca
• L’IT è responsabile del 2% delle emissioni di CO2,
ma può avere un ruolo determinante per monitorare
e ridurre il restante 98%
31
Grazie per l’attenzione
Eugenio Capra
Dipartimento di Elettronica e Informazione
Politecnico di Milano
via Ponzio, 34/5
20133 Milano
Tel. +39 02 2399 4014
Fax +39 02 700 502 112
[email protected]
32