Il Green IT e la sfida della sostenibilità

Roma, 23 giugno 2009

Eugenio Capraeugenio.capra@polimi.it

Dipartimento di Elettronica e Informazione

2

Indice

• Cos’è il Green IT e perché è importanteCos’è il Green IT e perché è importante

• Migliorare l’efficienza energetica dell’ITMigliorare l’efficienza energetica dell’IT

• IT for a greener businessIT for a greener business

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Cos’è il Green IT?

IT che consuma meno energia

Aree di intervento

• Efficienza energeticaEfficienza energetica

• Design innovativo di data center, power managementDesign innovativo di data center, power management

• Pratiche di utilizzo “green”Pratiche di utilizzo “green”

Definizione

Ciclo di vita dell’IT con minor impatto ambientale

IT for a greener business

• Green manufacturingGreen manufacturing

• Gestione e riciclaggio di rifiuti e componenti Gestione e riciclaggio di rifiuti e componenti dismessi, eco-labelingdismessi, eco-labeling

• Ottimizzazione imballaggiOttimizzazione imballaggi

• Cruscotti direzionali e di business intelligence per Cruscotti direzionali e di business intelligence per monitorare i parametri “green” di tutti i processi monitorare i parametri “green” di tutti i processi (non solo IT) tramite opportuni sensori(non solo IT) tramite opportuni sensori

• Strumenti IT per ridurre l’impatto ambientale degli Strumenti IT per ridurre l’impatto ambientale degli altri processialtri processi

Approfondite nella Approfondite nella presentazionepresentazione

44

L’IT consuma più di quanto si pensi

• Server blade

• PC

• Data center grandi dimensioni

• Data center medie dimensioni

• Rack di server blade

Consumo medio, KW

1

0,2

10.000

250

40

5

Perché è importante parlare di Green IT?

L’IT ha un impatto ambientale L’IT ha un impatto ambientale significativosignificativo

Il consumo energetico dell’IT costaIl consumo energetico dell’IT costa

Il fabbisogno energetico è un Il fabbisogno energetico è un limite alla scalabilità dell’ITlimite alla scalabilità dell’IT

L’impatto ambientale dell’IT sarà L’impatto ambientale dell’IT sarà presto oggetto di regolamentazionepresto oggetto di regolamentazione

6

L’IT ha un impatto ambientale significativo

Emissioni di CO2

Evidenze

• L’IT è responsabile di più del 2% delle emissioni di L’IT è responsabile di più del 2% delle emissioni di COCO22, come l’industria aeronautica , come l’industria aeronautica

• Ogni PC genera 1 tCOOgni PC genera 1 tCO22eq all’annoeq all’anno

• Un server produce in un giorno la stessa COUn server produce in un giorno la stessa CO22 di un di un

SUV che percorre 25 kmSUV che percorre 25 km

Tipologia impatto

Perdita sostanze inquinanti

• 70% dell’inquinamento del suolo da piombo, 70% dell’inquinamento del suolo da piombo, cadmio e mercurio deriva dall’industria ITcadmio e mercurio deriva dall’industria IT

Fonti: Gartner (2007), Forrester Research (2007), EILT (2007)

* 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano

1.400 (210 €)

Consumo per un’azienda di servizi di medie dimensioni*Il consumo energetico dell’IT costa (1/2)

Consumo medioKWh

Incidenza dell’energia consumata dall’IT sul totalePercento

~730

IT aziendale in 1 giorno

Abitazione in 1 anno

Altro

IT

30 – 70% a seconda del tipo di climatizzazione

STIME

8

Il consumo energetico dell’IT costa (2/2)

• Il costo Il costo dell’energia dell’energia è cresciuto è cresciuto di 4 volte in di 4 volte in 14 anni, 14 anni, molto più molto più del costo di del costo di acquistoacquisto

Spesa mondiale per i server, B$

19961996Base installata (milioni)

Fonte: IDC (2006)

19981998 20002000 20022002 20042004 20062006 20082008 20102010

43433535272721211818141466 99

6060 60607070

5050 5555 5555 6060 6565

145145

4545

255255

235235

4040

135135

3535

1101109090

2525

170170

150150

200200

2020

80806060

1515

125125

120120

1010 50503030

1001001010

Energia e raffreddamento Energia e raffreddamento CAGR +29%CAGR +29%

Manutenzione e amministrazione Manutenzione e amministrazione CAGR +40% CAGR +40%

Nuovi server Nuovi server CAGR +12%CAGR +12%

9

Il costo dell’energia incide sempre di più sui costi IT (1/2)

• Per 1€ Per 1€ speso per speso per acquistare acquistare nuovi server nuovi server si spendono si spendono più di 0,6€ più di 0,6€ all’anno per all’anno per alimentarli e alimentarli e raffreddarliraffreddarli

Spesa per energia e raffreddamento/ costo di acquisto

19961996Base installata (milioni)

Fonte: IDC (2006)

19981998 20002000 20022002 20042004 20062006 20082008 20102010

43433535272721211818141466 99

1717 1717 2121

69696767

64644545

4040

100100

4X4X

Fonte: IDC (2007)

STIME

64

10

13

67

Manutenzione e amministrazione

Elettricità

Sicurezza

Altro

Ripartizione delle spese di gestione di un data center, Percento

Il costo dell’energia incide sempre di più sui costi IT (2/2)

Affitto locali

11

In Italia la situazione è ancora più grave Costo dell’energia per uso industriale, $cent/ KWh

Fonte: Key world energy statistics, IEA (2007)

2424

66

66 99

55

66

88

USAUSA

GermaniaGermaniaFranciaFrancia

SpagnaSpagnaItaliaItalia

CinaCina

AustraliaAustralia

1212

GiapponeGiappone

1313

UKUK

22

Sud AfricaSud Africa

12

Il fabbisogno energetico dell’IT è un limite alla scalabilità

Evidenze e previsioni

• I data center, spesso posizionati nei pressi di centri I data center, spesso posizionati nei pressi di centri urbani, richiedono grandi quantità di energiaurbani, richiedono grandi quantità di energia

• I nuovi server blade consumano fino 40KW a rack I nuovi server blade consumano fino 40KW a rack (5 server da 8 unità)(5 server da 8 unità)

• La potenza elettrica richiesta da un PC cresce La potenza elettrica richiesta da un PC cresce dell’8-10% all’anno dell’8-10% all’anno

• Nel 2009 in USA i data center dovranno ospitare il Nel 2009 in USA i data center dovranno ospitare il 50% in più di server rispetto al 200750% in più di server rispetto al 2007

• I gestori della rete elettrica spesso non sono in I gestori della rete elettrica spesso non sono in grado di convogliare così tanta energia in un punto grado di convogliare così tanta energia in un punto e le infrastrutture di rete sono difficilmente e le infrastrutture di rete sono difficilmente modificabili in aree urbanemodificabili in aree urbane

Fonti: Forrester Research, Gartner, IBM (2007)

• Il 60% dei data Il 60% dei data center sono center sono condizionati dai condizionati dai limiti di energia, limiti di energia, raffreddamento e raffreddamento e spaziospazio

13

L’impatto ambientale dell’IT sarà presto oggetto di regolamentazione

Evidenze e previsioni

• La normativa italiana già oggi impone alle aziende La normativa italiana già oggi impone alle aziende civili che consumano più di 1.000 TEP all’anno (circa civili che consumano più di 1.000 TEP all’anno (circa 4 GWh) e alle aziende industriali che consumano più 4 GWh) e alle aziende industriali che consumano più di 10.000 TEP all’anno (circa 40 GWh) di avere di 10.000 TEP all’anno (circa 40 GWh) di avere l’energy managerl’energy manager..

• Una media azienda di servizi (200 dipendenti) Una media azienda di servizi (200 dipendenti) consuma circa 0,5 GWh all’anno, quindi la normativa consuma circa 0,5 GWh all’anno, quindi la normativa è attualmente poco restrittiva, ma i limiti potrebbero è attualmente poco restrittiva, ma i limiti potrebbero cambiarecambiare

• Nel 2008 il decreto RAEE ha recepito le normative Nel 2008 il decreto RAEE ha recepito le normative europee in tema di eWaste, imponendo il recupero e europee in tema di eWaste, imponendo il recupero e il riciclaggio di tutte le apparecchiature elettriche ed il riciclaggio di tutte le apparecchiature elettriche ed elettronicheelettroniche

• E’ probabile che nel medio termine venga introdotta E’ probabile che nel medio termine venga introdotta una tassazione sulle emissioni equivalenti di COuna tassazione sulle emissioni equivalenti di CO2 2 (è (è

già una proposta concreta in UK)già una proposta concreta in UK)

• Monitorare e Monitorare e razionalizzare il razionalizzare il consumo consumo energetico dell’IT energetico dell’IT della propria della propria azienda vuol dire azienda vuol dire anticipare la anticipare la normativa ed normativa ed evitare problemi evitare problemi nel medio terminenel medio termine

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Conosci il tuo nemico

Fatti

• L’86% dei dipartimenti ICT in UK non conosce L’86% dei dipartimenti ICT in UK non conosce il peso delle proprie emissioni di COil peso delle proprie emissioni di CO22

• In Italia il 95% dei responsabili dei sistemi In Italia il 95% dei responsabili dei sistemi informativi non conoscono l’entità dei costi informativi non conoscono l’entità dei costi energetici dei loro sistemienergetici dei loro sistemi

• Chi paga la bolletta spesso non è la stessa Chi paga la bolletta spesso non è la stessa persona che paga i server (in Italia 81% dei persona che paga i server (in Italia 81% dei casi)casi)

Fonte: EILT (2007); Indagine condotta dal Politecnico di Milano su un campione di 138 aziende italiane

• L’impatto ambientale L’impatto ambientale delle diverse attività delle diverse attività di un’organizzazione di un’organizzazione spesso è spesso è sconosciuto e non è sconosciuto e non è monitoratomonitorato

• E’ difficile E’ difficile ottimizzare ciò che ottimizzare ciò che non si conoscenon si conosce

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Indice

• Cos’è il Green IT e perché è importanteCos’è il Green IT e perché è importante

• Migliorare l’efficienza energetica dell’ITMigliorare l’efficienza energetica dell’IT

• IT for a greener businessIT for a greener business

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Dove viene consumata l’energia elettrica in un sistema ITConsumi medi giornalieri di un’azienda di servizi di medie dimensioni*, KWh

TotaleTotale Sala serverSala server PCPC UPSUPS

706706

Percento 88292950%50%

SwitchSwitch

406406

1400 KWh1400 KWhSTIMESTIME

* 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano

Sorvegli-Sorvegli-anzaanza

StampantiStampanti AltroAltro

1121127070

7070 2828 1414

55 55 22 11

17

Ci sono già tanti modi per aumentare l’efficienza energetica dell’IT

Proget-tazione

• Abbassare la frequenza di clock e passare Abbassare la frequenza di clock e passare da processori single-core a quad-coreda processori single-core a quad-core

• Dividere la cache in segmenti alimentati Dividere la cache in segmenti alimentati solo quando necessariosolo quando necessario

• Utilizzare meno drive più potentiUtilizzare meno drive più potenti

• Utilizzare DC nei data centerUtilizzare DC nei data center

• Virtualizzare i serverVirtualizzare i server

• Utilizzare ventole a velocità variabileUtilizzare ventole a velocità variabile

• Utilizzare scambiatori di calore più Utilizzare scambiatori di calore più efficienti nei caseefficienti nei case

Azioni

Fonti: EILT (2007), EPA (2005), IBM (2007), San Murugesan “Harnessing Green IT: Principles and Practice” (2007)

• Fino a 50% Fino a 50%

• Abilitare il power managementAbilitare il power management

• Spegnere il sistema quando non in usoSpegnere il sistema quando non in uso

• Usare efficacemente lo screen saver Usare efficacemente lo screen saver

• Migliorare la qualità dei datiMigliorare la qualità dei dati

Riduzione dei consumi relativiContesto

STIMESTIME

ESEMPIESEMPI

Utilizzo

• Fino a 50% Fino a 50%

• Fino a 80%Fino a 80%

• Fino a 45%Fino a 45%

• Fino a 60%Fino a 60%

• ~~60-70% 60-70%

• ~~30%30%

18

Fare green IT conviene economicamente

• L’investimento L’investimento green si ripaga in green si ripaga in meno di 2 anni, meno di 2 anni, senza contare la senza contare la riduzione dei riduzione dei costi di costi di condizionamentocondizionamento

Ottimizzazione di un PC

* 40 ore a settimana per 48 settimaneFonte: Elaborazione su dati Intel (2007)

Premium price per PC green: Premium price per PC green: $ 20$ 20

xx

Risparmio: Risparmio: 30 W30 W

Ore di utilizzo*: Ore di utilizzo*: 1900 h1900 h

Costo energia: Costo energia: 0,24 $/KWh0,24 $/KWh

xx $ 14 / anno$ 14 / anno

STIMESTIME

ESEMPIOESEMPIO

57 KWh57 KWh

• Layout fisico

• Condizionamento a potenza variabile

• Componenti infrastrutturali green

• Utilizzo DC?

19

19

Dove viene consumata l’energia in un data centerEnergia in ingresso

PDU

UPS

HVAC Server Processore(in idle ?)

Calcolo Operazione di business

• Architetture green

• Componenti ausiliari green (es. storage)

• Ventole a velocità variabile

• Processori green

• Virtualizza-zione e bilanciamento dei carichi di lavoro

• Calcolo parallelo

• MPI

• Green software

Gestore del data center

Vendor

Utenti

100 W60 W

18 W

3 W ?? W

Leve di ottimizza-zione

Attori

Fonte: Ed Stanford, Intel Corporation, ISPSD 2008

20

20

Cosa vuol dire efficienza energetica ?

Energia in ingresso

PDU

UPS

HVAC Server Processore(in idle ?)

Calcolo Operazione di business

DCIE = Energia server/ energia in ingresso

Watt/ MipsWatt/ tpm

Watt/ ???

Quanto è efficiente il software dal punto di vista energetico ?Come si fa a scrivere software green?

100 W60 W

18 W

3 W ?? W

2121

I processori sono sempre più efficienti, ma vengono usati in modo inefficiente

486486

Fonte: Wikipedia, Intel (2002)

5050

P3P3 P4P4

486486 P3P3 P4P4

Frequenza di clock del processore Frequenza di clock del processore (MHz)(MHz)

Potenza dissipata Potenza dissipata (W)(W)

1.4001.400

3.6003.600

10103030

120120x12x12

x72x72

Proc. Proc. Genera-Genera-zione 1zione 1

100100

Performance per Watt* Performance per Watt* (Ktpm-c/ Watt)(Ktpm-c/ Watt)

150150

250250

* Benchmark TPC-C

Proc. Proc. Genera-Genera-zione 2zione 2

Proc. Proc. Genera-Genera-zione 3zione 3

22

23

Comunicare costa energia• L’informazione è rappresentata tramite lo stato L’informazione è rappresentata tramite lo stato

fisico di un sistemafisico di un sistema

• Per effettuare calcoli e operazioni occorre Per effettuare calcoli e operazioni occorre commutare lo stato fisico del sistema, e questo commutare lo stato fisico del sistema, e questo richiede energiarichiede energia

• L’energia assorbita da un sistema IT dipende da:L’energia assorbita da un sistema IT dipende da:

Quante operazioni si eseguono (= quanti Quante operazioni si eseguono (= quanti bit occorre commutare)bit occorre commutare)

Quanto energia serve a commutare 1 bit Quanto energia serve a commutare 1 bit (quanto efficienti sono i nostri sistemi)(quanto efficienti sono i nostri sistemi)

La velocità della commutazioneLa velocità della commutazione

• A livello teorico il modo più efficiente per A livello teorico il modo più efficiente per memorizzare 1 bit di informazione è tramite lo spin memorizzare 1 bit di informazione è tramite lo spin di un atomo di un atomo

• La fisica quantistica impone comunque un La fisica quantistica impone comunque un consumo minimo di energia: per commutare 1 bit a consumo minimo di energia: per commutare 1 bit a 1 Ghz servono almen 101 Ghz servono almen 10-25-25 J. Nei nostri laboratori J. Nei nostri laboratori siamo arrivati a 10siamo arrivati a 10-16-16 J) J)

• La fisica quantistica La fisica quantistica impone un limite impone un limite minimo al consumo minimo al consumo dell’ITdell’IT

• Tuttavia i nostri Tuttavia i nostri sistemi IT sistemi IT consumano molta consumano molta più energia sia più energia sia perché le perché le commutazioni non commutazioni non sono efficienti, sia sono efficienti, sia perché il numero di perché il numero di operazioni da operazioni da eseguire non è eseguire non è ottimizzatoottimizzato

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La ricerca al Politecnico di Milano*

Software

Temi in corso di approfondimento

• Mappatura metriche di qualità del design con Mappatura metriche di qualità del design con metriche di complessità legate alle inefficienze con metriche di complessità legate alle inefficienze con cui si gestisce l’informazionecui si gestisce l’informazione

• Ottimizzazione del codiceOttimizzazione del codice

Area di impatto

Sistema Informativo

Data center

• Impatto dei requisiti di un sistema informativo e dei Impatto dei requisiti di un sistema informativo e dei cambiamenti organizzativi sui consumi del data cambiamenti organizzativi sui consumi del data centercenter

• Cruscotti direzionali per monitorare i parametri di Cruscotti direzionali per monitorare i parametri di impatto ambientale di un data center e ottimizzarne impatto ambientale di un data center e ottimizzarne le prestazioni in tempo realele prestazioni in tempo reale

ESEMPIESEMPI

* Dipartimento di Elettronica e Informazione

25

25

Il software incide significativamente sui consumi

Potenza assorbita in IDLE

Potenza assorbita in IDLE

Potenza assorbita da 3 diversi DBMS che eseguono lo stesso carico di lavoro

Potenza assorbita da 3 diversi DBMS che eseguono lo stesso carico di lavoro

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

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

• 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

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Indice

• Cos’è il Green IT e perché è importanteCos’è il Green IT e perché è importante

• Migliorare l’efficienza energetica dell’ITMigliorare l’efficienza energetica dell’IT

• IT for a greener businessIT for a greener business

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L’efficienza energetica dell’IT è cresciuta molto più che in altri settori

• 6,15 km/lt 6,15 km/lt

Efficienza 1978

Fonte: “A Smarter Shade of Green”, ACEEE Report for the Technology CEO Council, 2008

• 6,0 revenue 6,0 revenue passenger mile/ltpassenger mile/lt

• 132 g/Kj132 g/Kj

• 13 lumen/watt 13 lumen/watt (incandescenza)(incandescenza)

Automobili

Efficienza 2008

X 1,4X 1,4

X 2,7X 2,7

X 2,2X 2,2

X 4,4X 4,4

Settore

Illuminazione

Sistemi di calcolo

Produzione acciaio

Aerei

Miglioramento

• 8,50 km/lt 8,50 km/lt

• 13,3 revenue 13,3 revenue passenger mile/ltpassenger mile/lt

• 349 g/Kj349 g/Kj

• 57 lumen/watt 57 lumen/watt (fluorescenza)(fluorescenza)

• 1,4 mips/watt1,4 mips/watt X 28.571X 28.571• 40.000 mips/watt40.000 mips/watt

28

Occorre ridurre le emissioni di CO2 del 76% entro il 2050 per stabilizzare il climaEmissioni globali di gas serra, GtCO2e

20082008

Fonte: McKinsey (2008); IPCC; Stern Review (2006)

20302030 20502050

Target di 20 GtCOTarget di 20 GtCO22e e

annuiannui

5555

6262

8585

STIMESTIME

-64%-64%

-76%-76%

-68%-68%

29

Se però il mondo vuole continuare a crescere occorre aumentare la produttività della CO2

Fonte: McKinsey (2008)

• Per stabilizzare il Per stabilizzare il clima senza bloccare clima senza bloccare il progresso la il progresso la produttività della COproduttività della CO22

deve crescere dagli deve crescere dagli attuali attuali 740 $/tCO740 $/tCO22ee a a

7.300 $/tCO7.300 $/tCO22ee nel nel

20502050

• Si tratta di una Si tratta di una seconda rivoluzione seconda rivoluzione industrialeindustriale

Trend

STIMESTIME

30

L’ICT può avere un ruolo in questo, rendendo più “green” gli altri processi

Impatto ambientale

• Automazione industrialeAutomazione industriale

• Smart power networkSmart power network

• Strumenti per la domoticaStrumenti per la domotica

• Controllo digitale negli elettrodomesticiControllo digitale negli elettrodomestici

• Centraline elettroniche nei veicoliCentraline elettroniche nei veicoli

Applicazioni ICT

• Maggiore efficienza Maggiore efficienza energeticaenergetica

• Telepresenza e telelavoroTelepresenza e telelavoro

• VideosorveglianzaVideosorveglianza

• E-CommerceE-Commerce

• Strumenti per l’infomobilitàStrumenti per l’infomobilità

ESEMPIESEMPI

• Posta elettronicaPosta elettronica

• Strumenti per il paperless officeStrumenti per il paperless office

• Musica digitaleMusica digitale

• Automazione industrialeAutomazione industriale

• Minore incidenza dei Minore incidenza dei trasportitrasporti

• Utilizzo più efficiente dei Utilizzo più efficiente dei materiali di consumomateriali di consumo

Secondo McKinsey l’ICT entro il 2020 contribuirà ad abbattere

7,8 GtCO2e

31

…in ogni caso l’ICT è una parte imprescindibile del nostro modo di vivere e lavorare

32

• Il consumo energetico dell’IT è un problema morale, Il consumo energetico dell’IT è un problema morale, di immagine e di costo dal quale non si può più di immagine e di costo dal quale non si può più prescindere, ma che conviene sfruttare per trarne prescindere, ma che conviene sfruttare per trarne vantaggio competitivovantaggio competitivo

• Si può fare qualcosa fin da subito a tutti i livelli, ma Si può fare qualcosa fin da subito a tutti i livelli, ma conviene investire in ricercaconviene investire in ricerca

• L’IT è responsabile del 2% delle emissioni di COL’IT è responsabile del 2% delle emissioni di CO22, ,

ma può avere un ruolo determinante per monitorare ma può avere un ruolo determinante per monitorare e ridurre il restante 98%e ridurre il restante 98%

Conclusioni

33

Grazie per l’attenzione

Eugenio CapraDipartimento di Elettronica e Informazione Politecnico di Milanovia Ponzio, 34/520133 Milano Tel. +39 02 2399 4014Fax +39 02 700 502 112eugenio.capra@polimi.it