Il Green IT e la sfida della sostenibilità Roma, 23 giugno 2009 Eugenio Capra Dipartimento di Elettronica e Informazione.

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1 Il Green IT e la sfida della sostenibilità Roma, 23 giugno 2009 Eugenio Capra eugenio.capra@polimi.it Dipartimento di Elettronica e Informazione

2 1 Indice Cosè il Green IT e perché è importante Cosè il Green IT e perché è importante Migliorare lefficienza energetica dellIT Migliorare lefficienza energetica dellIT IT for a greener business IT for a greener business

3 2 Cosè il Green IT? IT che consuma meno energia Aree di intervento Efficienza energetica Efficienza energetica Design innovativo di data center, power management Design innovativo di data center, power management Pratiche di utilizzo green Pratiche di utilizzo green Definizione Ciclo di vita dellIT con minor impatto ambientale IT for a greener business Green manufacturing Green manufacturing Gestione e riciclaggio di rifiuti e componenti dismessi, eco-labeling Gestione e riciclaggio di rifiuti e componenti dismessi, eco-labeling Ottimizzazione imballaggi Ottimizzazione imballaggi Cruscotti direzionali e di business intelligence per monitorare i parametri green di tutti i processi (non solo IT) tramite opportuni sensori Cruscotti direzionali e di business intelligence per monitorare i parametri green di tutti i processi (non solo IT) tramite opportuni sensori Strumenti IT per ridurre limpatto ambientale degli altri processi Strumenti IT per ridurre limpatto ambientale degli altri processi Approfondite nella presentazione

4 33 LIT 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 4 Perché è importante parlare di Green IT? LIT ha un impatto ambientale significativo Il consumo energetico dellIT costa Il fabbisogno energetico è un limite alla scalabilità dellIT Limpatto ambientale dellIT sarà presto oggetto di regolamentazione

6 5 LIT ha un impatto ambientale significativo Emissioni di CO 2 Evidenze LIT è responsabile di più del 2% delle emissioni di CO 2, come lindustria aeronautica LIT è responsabile di più del 2% delle emissioni di CO 2, come lindustria aeronautica Ogni PC genera 1 tCO 2 eq allanno Ogni PC genera 1 tCO 2 eq allanno Un server produce in un giorno la stessa CO 2 di un SUV che percorre 25 km Un server produce in un giorno la stessa CO 2 di un SUV che percorre 25 km Tipologia impatto Perdita sostanze inquinanti 70% dellinquinamento del suolo da piombo, cadmio e mercurio deriva dallindustria IT 70% dellinquinamento del suolo da piombo, cadmio e mercurio deriva dallindustria IT Fonti: Gartner (2007), Forrester Research (2007), EILT (2007)

7 * 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano 1.400 (210 ) Consumo per unazienda di servizi di medie dimensioni* Il consumo energetico dellIT costa (1/2) Consumo medio KWh Incidenza dellenergia consumata dallIT sul totale Percento ~730 IT aziendale in 1 giorno Abitazione in 1 anno Altro IT 30 – 70% a seconda del tipo di climatizzazione STIME

8 7 Il consumo energetico dellIT costa (2/2) Il costo dellenergia è cresciuto di 4 volte in 14 anni, molto più del costo di acquisto Il costo dellenergia è cresciuto di 4 volte in 14 anni, molto più del costo di acquisto Spesa mondiale per i server, B$ 1996 Base installata (milioni) Fonte: IDC (2006) 1998200020022004200620082010 43352721181469 6060 70 50 5555 60 65 145 45 255 235 40 135 35 110 90 25 170 150 200 20 80 60 15 125 120 10 50 30 100 10 Energia e raffreddamento CAGR +29% Manutenzione e amministrazione CAGR +40% Nuovi server CAGR +12%

9 8 Il costo dellenergia incide sempre di più sui costi IT (1/2) Per 1 speso per acquistare nuovi server si spendono più di 0,6 allanno per alimentarli e raffreddarli Per 1 speso per acquistare nuovi server si spendono più di 0,6 allanno per alimentarli e raffreddarli Spesa per energia e raffreddamento/ costo di acquisto 1996 Base installata (milioni) Fonte: IDC (2006) 1998200020022004200620082010 43352721181469 1717 21 69 67 64 45 40 100 4X

10 Fonte: IDC (2007) STIME Manutenzione e amministrazione Elettricità Sicurezza Altro Ripartizione delle spese di gestione di un data center, Percento Il costo dellenergia incide sempre di più sui costi IT (2/2) Affitto locali

11 10 In Italia la situazione è ancora più grave Costo dellenergia per uso industriale, $cent/ KWh Fonte: Key world energy statistics, IEA (2007) 24 6 6 9 5 6 8 USA Germania Francia Spagna Italia Cina Australia 12 Giappone 13 UK 2 Sud Africa

12 11 Il fabbisogno energetico dellIT è un limite alla scalabilità Evidenze e previsioni I data center, spesso posizionati nei pressi di centri urbani, richiedono grandi quantità di energia 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) I nuovi server blade consumano fino 40KW a rack (5 server da 8 unità) La potenza elettrica richiesta da un PC cresce dell8-10% allanno La potenza elettrica richiesta da un PC cresce dell8-10% allanno Nel 2009 in USA i data center dovranno ospitare il 50% in più di server rispetto al 2007 Nel 2009 in USA i data center dovranno ospitare il 50% in più di server rispetto al 2007 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 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) Il 60% dei data center sono condizionati dai limiti di energia, raffreddamento e spazio Il 60% dei data center sono condizionati dai limiti di energia, raffreddamento e spazio

13 12 Limpatto ambientale dellIT sarà presto oggetto di regolamentazione Evidenze e previsioni La normativa italiana già oggi impone alle aziende civili che consumano più di 1.000 TEP allanno (circa 4 GWh) e alle aziende industriali che consumano più di 10.000 TEP allanno (circa 40 GWh) di avere lenergy manager. La normativa italiana già oggi impone alle aziende civili che consumano più di 1.000 TEP allanno (circa 4 GWh) e alle aziende industriali che consumano più di 10.000 TEP allanno (circa 40 GWh) di avere lenergy manager. Una media azienda di servizi (200 dipendenti) consuma circa 0,5 GWh allanno, quindi la normativa è attualmente poco restrittiva, ma i limiti potrebbero cambiare Una media azienda di servizi (200 dipendenti) consuma circa 0,5 GWh allanno, 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 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 E probabile che nel medio termine venga introdotta una tassazione sulle emissioni equivalenti di CO 2 (è già una proposta concreta in UK) E probabile che nel medio termine venga introdotta una tassazione sulle emissioni equivalenti di CO 2 (è già una proposta concreta in UK) Monitorare e razionalizzare il consumo energetico dellIT della propria azienda vuol dire anticipare la normativa ed evitare problemi nel medio termine Monitorare e razionalizzare il consumo energetico dellIT della propria azienda vuol dire anticipare la normativa ed evitare problemi nel medio termine

14 13 Conosci il tuo nemico Fatti L86% dei dipartimenti ICT in UK non conosce il peso delle proprie emissioni di CO 2 L86% dei dipartimenti ICT in UK non conosce il peso delle proprie emissioni di CO 2 In Italia il 95% dei responsabili dei sistemi informativi non conoscono lentità dei costi energetici dei loro sistemi In Italia il 95% dei responsabili dei sistemi informativi non conoscono lentità 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) Chi paga la bolletta spesso non è la stessa persona che paga i server (in Italia 81% dei casi) Fonte: EILT (2007); Indagine condotta dal Politecnico di Milano su un campione di 138 aziende italiane Limpatto ambientale delle diverse attività di unorganizzazione spesso è sconosciuto e non è monitorato Limpatto ambientale delle diverse attività di unorganizzazione spesso è sconosciuto e non è monitorato E difficile ottimizzare ciò che non si conosce E difficile ottimizzare ciò che non si conosce

15 14 Indice Cosè il Green IT e perché è importante Cosè il Green IT e perché è importante Migliorare lefficienza energetica dellIT Migliorare lefficienza energetica dellIT IT for a greener business IT for a greener business

16 15 Dove viene consumata lenergia elettrica in un sistema IT Consumi medi giornalieri di unazienda di servizi di medie dimensioni*, KWh Totale Sala server PC UPS 706 Percento 82950% Switch 406 1400 KWh STIME * 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano Sorvegli- anza StampantiAltro 112 70 70 28 14 5521

17 16 Ci sono già tanti modi per aumentare lefficienza energetica dellIT Proget- tazione Abbassare la frequenza di clock e passare da processori single-core a quad-core Abbassare la frequenza di clock e passare da processori single-core a quad-core Dividere la cache in segmenti alimentati solo quando necessario Dividere la cache in segmenti alimentati solo quando necessario Utilizzare meno drive più potenti Utilizzare meno drive più potenti Utilizzare DC nei data center Utilizzare DC nei data center Virtualizzare i server Virtualizzare i server Utilizzare ventole a velocità variabile Utilizzare ventole a velocità variabile Utilizzare scambiatori di calore più efficienti nei case Utilizzare scambiatori di calore più efficienti 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 management Abilitare il power management Spegnere il sistema quando non in uso Spegnere il sistema quando non in uso Usare efficacemente lo screen saver Usare efficacemente lo screen saver Migliorare la qualità dei dati Migliorare la qualità dei dati Riduzione dei consumi relativi Contesto STIME ESEMPI 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 17 Fare green IT conviene economicamente Linvestimento green si ripaga in meno di 2 anni, senza contare la riduzione dei costi di condizionamento Linvestimento green si ripaga in meno di 2 anni, senza contare la riduzione dei costi di condizionamento Ottimizzazione di un PC * 40 ore a settimana per 48 settimane Fonte: Elaborazione su dati Intel (2007) Premium price per PC green: $ 20 x Risparmio: 30 W Ore di utilizzo*: 1900 h Costo energia: 0,24 $/KWh x $ 14 / anno $ 14 / anno STIME ESEMPIO 57 KWh

19 Layout fisico Condizionament o a potenza variabile Componenti infrastrutturali green Utilizzo DC? 18 Dove viene consumata lenergia in un data center Energia in ingresso PDU UPS HVAC Server Processore (in idle ?) CalcoloOperazione di business Architetture green Componenti ausiliari green (es. storage) Ventole a velocità variabile Processori green Virtualizza- zione e bilanciament o dei carichi di lavoro Calcolo parallelo MPI Green software Gestore del data center Vendor Utenti 100 W 60 W 18 W 3 W ?? W Leve di ottimizza- zione Attori Fonte: Ed Stanford, Intel Corporation, ISPSD 2008

20 19 Cosa vuol dire efficienza energetica ? Energia in ingresso PDU UPS HVAC Server Processore (in idle ?) CalcoloOperazione di business DCIE = Energia server/ energia in ingresso Watt/ Mips Watt/ tpm Watt/ ??? Quanto è efficiente il software dal punto di vista energetico ? Come si fa a scrivere software green? 100 W 60 W 18 W 3 W ?? W

21 20 I processori sono sempre più efficienti, ma vengono usati in modo inefficiente 486 Fonte: Wikipedia, Intel (2002) 50 P3P4 486P3P4 Frequenza di clock del processore (MHz) Potenza dissipata (W) 1.400 3.600 10 30 120 x12 x72 Proc. Genera- zione 1 100 Performance per Watt* (Ktpm-c/ Watt) 150 250 * Benchmark TPC-C Proc. Genera- zione 2 Proc. Genera- zione 3

22 21

23 22 Comunicare costa energia Linformazione è rappresentata tramite lo stato fisico di un sistema Linformazione 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 Per effettuare calcoli e operazioni occorre commutare lo stato fisico del sistema, e questo richiede energia Lenergia assorbita da un sistema IT dipende da: Lenergia assorbita da un sistema IT dipende da: Quante operazioni si eseguono (= quanti bit occorre commutare) Quante operazioni si eseguono (= quanti bit occorre commutare) Quanto energia serve a commutare 1 bit (quanto efficienti sono i nostri sistemi) Quanto energia serve a commutare 1 bit (quanto efficienti sono i nostri sistemi) La velocità della commutazione La velocità della commutazione A livello teorico il modo più efficiente per memorizzare 1 bit di informazione è tramite lo spin di un atomo 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 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 dellIT La fisica quantistica impone un limite minimo al consumo dellIT 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 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

24 23 La ricerca al Politecnico di Milano* Software Temi in corso di approfondimento Mappatura metriche di qualità del design con metriche di complessità legate alle inefficienze con cui si gestisce linformazione Mappatura metriche di qualità del design con metriche di complessità legate alle inefficienze con cui si gestisce linformazione Ottimizzazione del codice Ottimizzazione del codice Area di impatto Sistema Informativo Data center Impatto dei requisiti di un sistema informativo e dei cambiamenti organizzativi sui consumi del data center Impatto dei requisiti di un sistema informativo e dei cambiamenti organizzativi sui consumi del data center Cruscotti direzionali per monitorare i parametri di impatto ambientale di un data center e ottimizzarne le prestazioni in tempo reale Cruscotti direzionali per monitorare i parametri di impatto ambientale di un data center e ottimizzarne le prestazioni in tempo reale ESEMPI * Dipartimento di Elettronica e Informazione

25 24 Il software incide significativamente sui consumi Potenza assorbita in IDLE Potenza assorbita da 3 diversi DBMS che eseguono lo stesso carico di lavoro Lenergia consumata è data dallintegrale della potenza nel tempo. Energia aggiuntiva rispetto ad IDLE consumata: BLU: 230 mWh ROSSO: 290 mWH NERO: 380 mWh Lenergia consumata è data dallintegrale 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 allidle Software funzionalmente identici, ma strutturalmente diversi inducono consumi con differenze fino al 65% Software green non equivale necessariamente a software performante

26 25 Indice Cosè il Green IT e perché è importante Cosè il Green IT e perché è importante Migliorare lefficienza energetica dellIT Migliorare lefficienza energetica dellIT IT for a greener business IT for a greener business

27 26 Lefficienza energetica dellIT 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 passenger mile/lt 6,0 revenue passenger mile/lt 132 g/Kj 132 g/Kj 13 lumen/watt (incandescenza) 13 lumen/watt (incandescenza) Automobili Efficienza 2008 X 1,4 X 2,7 X 2,2 X 4,4 Settore Illuminazione Sistemi di calcolo Produzione acciaio Aerei Miglioramento 8,50 km/lt 8,50 km/lt 13,3 revenue passenger mile/lt 13,3 revenue passenger mile/lt 349 g/Kj 349 g/Kj 57 lumen/watt (fluorescenza) 57 lumen/watt (fluorescenza) 1,4 mips/watt 1,4 mips/watt X 28.571 40.000 mips/watt 40.000 mips/watt

28 27 Occorre ridurre le emissioni di CO 2 del 76% entro il 2050 per stabilizzare il clima Emissioni globali di gas serra, GtCO 2 e 2008 Fonte: McKinsey (2008); IPCC; Stern Review (2006) 20302050 Target di 20 GtCO 2 e annui 55 62 85 STIME -64% -76% -68%

29 28 Se però il mondo vuole continuare a crescere occorre aumentare la produttività della CO 2 Fonte: McKinsey (2008) Per stabilizzare il clima senza bloccare il progresso la produttività della CO 2 deve crescere dagli attuali 740 $/tCO 2 e a 7.300 $/tCO 2 e nel 2050 Per stabilizzare il clima senza bloccare il progresso la produttività della CO 2 deve crescere dagli attuali 740 $/tCO 2 e a 7.300 $/tCO 2 e nel 2050 Si tratta di una seconda rivoluzione industriale Si tratta di una seconda rivoluzione industriale Trend STIME

30 29 LICT può avere un ruolo in questo, rendendo più green gli altri processi Impatto ambientale Automazione industriale Automazione industriale Smart power network Smart power network Strumenti per la domotica Strumenti per la domotica Controllo digitale negli elettrodomestici Controllo digitale negli elettrodomestici Centraline elettroniche nei veicoli Centraline elettroniche nei veicoli Applicazioni ICT Maggiore efficienza energetica Maggiore efficienza energetica Telepresenza e telelavoro Telepresenza e telelavoro Videosorveglianza Videosorveglianza E-Commerce E-Commerce Strumenti per linfomobilità Strumenti per linfomobilità ESEMPI Posta elettronica Posta elettronica Strumenti per il paperless office Strumenti per il paperless office Musica digitale Musica digitale Automazione industriale Automazione industriale Minore incidenza dei trasporti Minore incidenza dei trasporti Utilizzo più efficiente dei materiali di consumo Utilizzo più efficiente dei materiali di consumo Secondo McKinsey lICT entro il 2020 contribuirà ad abbattere 7,8 GtCO 2 e

31 30 …in ogni caso lICT è una parte imprescindibile del nostro modo di vivere e lavorare

32 31 Il consumo energetico dellIT è un problema morale, di immagine e di costo dal quale non si può più prescindere, ma che conviene sfruttare per trarne vantaggio competitivo Il consumo energetico dellIT 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 Si può fare qualcosa fin da subito a tutti i livelli, ma conviene investire in ricerca LIT è responsabile del 2% delle emissioni di CO 2, ma può avere un ruolo determinante per monitorare e ridurre il restante 98% LIT è responsabile del 2% delle emissioni di CO 2, ma può avere un ruolo determinante per monitorare e ridurre il restante 98% Conclusioni

33 32 Grazie per lattenzione 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 eugenio.capra@polimi.it