Valutazione di Efficienza Energetica nei

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1 Valutazione di Efficienza Energetica nei Centri di Elaborazione Dati (CED) Dott. Andrea Quintiliani Dott.ssa Marta Chinnici ENEA Unità Tecnica ICT C.R. Casaccia (Roma) Milano, 24 Settembre 2013

2 Indice Scenario di riferimento: il settore ICT e l efficienza energetica Panoramica sui consumi energetici i relativi i ai Centri di Elaborazione Dati: problematica ambientale ed economica Inefficienze ed incrementi di risparmio energetico nei Centri di Elaborazione a o Dati Scenario Europeo sul tema della normativa ICT per efficienza energetica Valutare l efficienza energetica nei Centri di Elaborazione Dati: metriche, metodologie, standard 2

3 Le ICT e l efficienza energetica Le ICT possono supportare la riduzione dei consumi energetici: diminuendo i d gli effetti direttii sull ambiente dll della produzione, distribuzione, funzionamento e smaltimento delle ICT: uso efficiente dell energia energia ; fonti rinnovabili; materiali: riduzione dei materiali tossici, miglioramento del riciclaggio e dello smaltimento; incrementando gli effetti abilitanti :miglioramento dei processi di produzione, distribuzione e consumo di beni e servizi; iivirtualizzazione/ it i /di beni e servizi; iila dematerializzazione di attività ed interazioni umane; supportando effetti di sistema trasformazione di: comportamenti di individui come cittadini e consumatori strutture economiche e sociali, processi di governance. 3

4 Gli effetti abilitanti ICT tecnologia abilitante per favorire la penetrazione delle fonti rinnovabili e di adozione di comportamenti energeticamente efficienti: soluzioni smart nelle reti di distribuzione energetica, nei processi e nei prodotti industriali, nelle reti e sistemi di trasporto, negli edifici e nel territorio urbano, nei sistemi di illuminazione; Smaterializzazione di prodotti e servizi : telelavoro, e learning e scuola digitale, e commerce, e health, le varie tematiche connesse con lo sviluppo deimedia digitali; Calcolo ad alte prestazioni (HPC): rappresentazioni numeriche di fenomeni e processi complessi (modellistica, simulazione), per applicazioni in campo scientifico e industriale. Internet of things : intersezione fra tecnologie delle reti e telecomunicazione, sistemi sensoristici ed embedded; Accesso ad informazioni, i i in real time o near real time, indispensabili per compiere azioni finalizzate a conseguire una maggiore sostenibilità ambientale (tanto sul piano individuale e che collettivo) 4

5 ICT for Green le ICT come soluzione Le ICT costituiscono uno dei driver fondamentali per individuare nuovi modelli di efficienza energetica Fonte: AA, VV., A green Knowledge Society,

6 Gli effetti di sistema Impatto che la diffusione delle tecnologie ICT ha sui comportamenti, sugli stili divita e sui sistemi di valori dei cittadini e delle comunità. Accesso all informazione: Internet ha reso liberamente disponibili una quantità impressionante i di risorse di conoscenza, tant è t èche oggi uno di dei problemi più dibattuti è il sovraccarico di informazione. Modifica dei comportamenti dei cittadini: ad es. opportunità di comunicazione consentite dalla diffusione pressoché ubiqua della telefonia mobile, utilizzo dei social media, sistemi di teleconferenza e videocomunicazione, impatti su industria musicale ed editoriale, su servizi postali di recapito, su scelte di viaggio E democracy, intesa come uso delle ICT per lo sviluppo di processi politici all interno di comunità più o meno grandi, articolate o diffuse, dal livello locale a quello nazionale. L infrastrutturazione ICT può divenire un fattore molto potente per orientare il modo di lavorare e comunicare dei governi e delle amministrazioni 6

7 Green ICT & ICT for Green ICT parte del problema Il settore ICT costituisce una delle principali cause della crescita dei consumi di energia. Apparecchiature e servizi ICT sono responsabili di: 8% del consumo di energia elettrica nella UE; 4% della produzione di emissioni di CO 2 (dati che potrebbero raddoppiare entro il 2020 Rapporto GeSi). Il consumo di energica elettrica derivante dai CED (edifici, strutture, apparecchiature) rappresenta una percentuale pari a circa: 25% dei consumi dell ICT ovvero il 2% del consumo elettrico europeo. Europa (senza riduzione per direttiva EuP) Consumo elettrico settore ICT (EU-25) [TWh] Consumo elettrico settore ICT esclusa customer electronics (EU-25) [TWh] 214,5 (8% del totale) 409,7 118,6 245,1 (4,3% del totale) (6,5% del totale) Consumo elettricità CED (EU-25) [TWh] 53,6 (ca.25% del totale di settore) 130,0 (ca.32% del totale di settore) Fonte: European Commission DG INFSO, Impacts of Information and Communication Technologies on Energy Efficiency 7

8 Composizione dei costi di un CED Nel corso degli ultimi anni si è fortemente modificata la composizione dei costi di un CED. I costi energetici crescono più velocemente di tutti gli altri costi 8

9 Componenti energivore di un CED Parti energivore costituenti il sistema complesso CED : IT Equipment, che comprende server, dispositivi di storage e di network, desktop, monitor, stampanti, ecc per l elaborazione ed il trattamento dei dati; Sistemi di alimentazione o che garantiscono continuità e qualità elettriche alle apparecchiature IT quali unità UPS (Uninterruptible Power Supply o gruppi di continuità), PDU (Power Distribution Unit o unità di distribuzione dell alimentazione) e PSU (Power supply Unit o alimentatori); Sistemi Ausiliari che comprendono gli impianti di raffreddamento o cooling della sala, l illuminazione, sistemi di sicurezza come quelli antincendio e quelli a garanzia della continuità elettrica (gruppi elettrogeni). 9

10 Consumi elettrici nei CED Consumi elettrici nei CED: 40% dell energia energia totale è assorbita dagli impianti di raffreddamento l IT è responsabile del 60% dei consumi elettrici tra i singoli componenti costituenti i server i più energivori sono la CPU e l alimentatore IT POWER 60% 10

11 Valutazione Per realizzare un intervento t di efficienza i energetica in un CED, il primo passo è quello di misurare il consumo di energia: raccolta dei dati e confronto con parametri standard per la comprensione dei consumi EFFICIENZA ENERGETICA Sul tema sono in corso attività (a livello europeo e internazionale) che ruotano, con diversi approcci e da diverse prospettive attorno al tema di codifica di metriche di prestazione e di definizione di Best Practices di progettazione e gestione dei CED 11

12 Buone Pratiche Macro-aree: aree: tipologie di intervento sulle quali agire per migliorare l efficienza energetica dei CED: Facility e relative infrastrutture di servizio: aspetti edilizi, sistema HVAC ed impianto di distribuzione dell energia elettrica; Sistema IT: hardware, software e modalità di gestione; Relazione fra edificio in generale e gli ambienti in cui è ospitato il CED, (esempio: reimpiego del calore una volta estratto dalle sale apparati). Micro-aree: logica di aumento di efficienza del singolo componente (ad esempio i processori, i dischi, l UPS o la singola macchina frigorifera) 12

13 Buone Pratiche: Sistemi IT Efficienza dei Sistemi IT Prevedere il carico il sovradimensionamento può portare a inefficienze nel sistema elettrico e meccanico Controllare il carico Server più efficienti efficienza di alimentazione modalità a basso consumo raffreddamento a liquido Software più efficienti i (Virtualizzazione, i...) Approcci scalabili ed implementazione modulare 13

14 Buone Pratiche: Virtualizzazione Virtualizzazione: tecnica che consente di avere all'interno di una macchina fisica diversi server virtuali, ognuno dei quali ha sistemi operativi specifici per le funzioni che dovrà svolgere. Risultati: riduzione dei consumi energetici, in quanto permette il consolidamento di alcune macchine, con tempi di ritorno dell'investimento brevi, sebbene difficili da quantificare in quanto legati alla configurazione del sistema da virtualizzare. Vantaggi: maggiore flessibilità; migliore gestione dei processi (ad es. scambio degli utenti e dei processi sui server); facile gestione degli utenti (ad es. spegnimento fisico della macchina in caso di mancati utenti); riduzione del numero delle macchine; riduzione dei costi di gestione (alimentazione e raffreddamento); maggiore spazio a disposizione del CED. 14

15 Buone Pratiche: Virtualizzazione Svantaggi: La virtualizzazione, sfruttando al massimo le potenzialità dei server, porta alla formazione di punti caldi all'interno della sala necessario prevedere opportuni sistemi di raffreddamento puntuale sui server che contengono le macchine virtuali. 15

16 Buone Pratiche: Cloud Computing Cloud Computing: insieme di tecnologie che consentono all utente finale di utilizzare piattaforme di calcolo e archiviazione, servizi e applicazioni software gestiti da un provider remoto (esterno o interno all azienda). Saas (Software as a Service) - Utilizzo di programmi installati su un server remoto PaaS (Platform as a Service) - Utilizzo in remoto di una piattaforma che può essere costituita da diversi servizi, programmi, librerie, ecc. IaaS (Infrastructure as a Service) - Utilizzo di risorse hardware in remoto (affine a Grid Computing) Vantaggi: Riduzione dei costi energetici: ottimizzazione dello sfruttamento delle capacità di elaborazione disponibili Riduzione degli altri costi connessi all operatività di un CED (apparecchiature, impianti, ecc.) 16

17 Buone Pratiche Code of Conduct: DG-JRC (2008) propone p linee guida raccomandazioni e buone pratiche in materia di progettazione, acquisto e funzionamento in settori quali software, architettura e infrastruttura IT ai fini dell efficienza energetica nei CED Energy star: promuovere l etichettatura volontaria di dispositivi informatici da ufficio che rispondono a determinati parametri di EE. 17

18 Metriche Problema: Valutare l efficienza energetica nei CED Mancanza di processi standard di misura Mancanza di Benchmarks PROBLEMATICA Valutare l efficienza Energetica nei CED Mancanza di KPI Mancanza di metriche Target: adottare (nel settore ICT-CED) CED) metodologie di misurazione comuni per valutare le performance energetiche e le emissioni di gas serra. 18

19 Metriche If you can't measure it, you can't improve it Green Grid: è un consorzio globale di società, organizzazioni governative ed enti accademici che si dedica all efficienza energetica dei CED e degli ecosistemi IT = Total Facility Energy Consumption/ IT Equipment Energy Consumption Power Usage Effectiveness è il rapporto tra l energia totalet utilizzata t dai DC e l energia erogata alle apparecchiature informatiche quanta energia viene effettivamente utilizzata dalle apparecchiature informatiche (rispetto alle altre componenti); Il PUE ideale è 1,0 Tutto ciò che non è considerato un dispositivo di elaborazione in un data center (es: illuminazione, raffreddamento, ecc.) rientra nella categoria dell energia utilizzata dai servizi. 19

20 Metriche Data center Infrastructure Efficiency (DciE) = (1/PUE)x100% = Energy Consumption for IT equipment/ Total Energy consumption for DC L efficienza dell infrastruttura del Data Center (DCIE) è un parametro utilizzato per determinare l'efficienza energetica di un data center; La metrica è espressa in percentuale; È calcolato dividendo la potenza delle apparecchiature IT per l energia totale consumata 20

21 Metriche PUE DciE Livello di efficienza % Molto inefficiente % Inefficiente % Medio % Efficiente % Molto efficiente Es: Total Facility Power = 240 kw IT Equipment Power = 147 kw PUE = Total Facility Power / IT Equipment Power= 240 / 147 = 1,63 Quite good! DCIE = 1 / PUE = IT Equipment Power / Total Facility Power x 100% DCIE = 1 / 1,63 = 147 / 240 x 100% = 61,25% (circa 61%) (Fonte: The Green Grid) 21

22 Esempi ValorePUE medio per tutti i data center di Google Fonte: Google 22

23 Facebook energy dashboard 23

24 Metriche: Task Force Principi guida concordati: per affrontare le incongruenze nell'uso delle metriche, negli USA un gruppo di manager provenienti dall'industria si è riunito il 13/1/2010 per accordarsi sulle misurazioni dell efficienza efficienza energetica dei data center, le metriche e le convenzioni per il reporting Le organizzazioni rappresentate comprendono: 7x24 Exchange, ASHRAE, The Green Grid, Silicon Valley Leadership Group, U.S. Department of Energy Save Energy Now and Federal Energy Management Programs, U.S. Environmental Protection ti Agency s ENERGY STAR Program, U.S. Green Building Council, and Uptime Institute Il Power Usage Effectiveness (PUE), utilizzando l energia primaria, è la metrica preferita pee taper valutare autael efficienza ce nei CED, ma non è l unica. 24

25 Limiti del PUE Anche se il PUE è la metrica preferita dai più, non è sempre la migliore perché non tiene conto del lavoro effettuato Caso I: fare lo stesso lavoro con meno risorse Es: CED con 100 server Es: CED con 50 server Total Facility Energy Consumption = ( ) KWh IT Equipment Energy Consumption = 100 KWh Total Facility Energy Consumption = ( ) KWh IT Equipment Energy Consumption = 50 KWh PUE = 1.5 PUE = 2 25

26 Limiti del PUE Anche se il PUE è la metrica preferita dai più, non è sempre la migliore perché non tiene conto del lavoro effettuato Caso II: fare più lavoro con le stesse risorse Total Facility Energy Consumption = Total Facility Energy Consumption = ( ) KWh ( ) KWh IT Equipment Energy Consumption = 100 KWh IT Equipment Energy Consumption = 100 KWh Work done= 150, ops Work done= 300, ops PUE = 1.5 PUE =

27 Sintesi delle varie iniziative USA EUROPE ASIA The Green Grid European Code of Conduct Asia Japan (Jeti, TGG) DoE LBNL ASHRAE EPA LEED CEMEP BCS BREAM CENELEC -BT Stand. EUROPA: Non è presente un quadro tecnico normativo per quanto riguarda metriche e metodologie standard da adottare nel caso dei CED OTHERS 27

28 Attività Normative Attività europee ed internazionali CENELEC (BTWG Green Data Center) ed il comitato tecnico EEDC Energy Efficiency of Data Centers, facente parte del JTC1 Information and tecnology standards (comitato tecnico congiunto) stanno lavorando insieme per la definire una Roadmap normativa articolata su 3 livelli: 1.standardizzazione di metriche basate su KPIs, algoritmi che possano definire modelli di business, interventi che bilancino l uso di soluzioni e prodotti 2.Infrastrutture e metodi di misurazione dell EE a supporto dei KPI 3.Standardizzazione dei prodotti Fonte: Gestione energia, FIRE

29 Attività Normative ANSI/TIA/EIA-942 Data Center Design Guidelines and Structuredt Cabling Standards costituisce il primo riferimento per la standardizzazione delle infrastrutture per le telecomunicazioni e questa norma è applicabile ad ogni tipologia di CED il tema dell EE è affrontato marginalmente ASHRAE ( ): pubblica linee guida per i parametri di temperatura e umidità negli ambienti dedicati all elaborazione dati Fonte: Gestione energia, FIRE

30 Attività Normative CENELEC TC 215 Electrotechnical aspects of telecommunication equipment ha avviato il lavoro su una serie di norme (EN Information technology - Data centre facilities and infrastructures) t sul tema delle strutture ed infrastrutture dei CED: metodi di misurazione dei parametri per determinare l EE lee strumenti e risorse necessarie per la misurazione di tali parametri Fonte: Gestione energia, FIRE

31 ENEA: Certificati Bianchi Sistema dei certificati bianchi: noti come Titoli di Efficienza Energetica (TEE) sono titoli negoziabili che certificano il conseguimento di risparmi energetici negli usi finali di energia attraverso interventii e progetti di incremento di efficienza i energetica. La promozione del risparmio energetico attraverso il meccanismo dei certificati bianchi (noti anche come Titoli di Efficienza Energetica) è stata prevista dai decreti ministeriali del 20 luglioli 2004 (d.m. 20/7/04 elettricità, ità d.m. 20/7/04 gas e successive modificazioni) i i) per il rilascio dei certificati bianchi: possono presentare progetti le imprese distributrici di energia elettrica e gas con più di clienti finali ( soggetti obbligati ), le società controllate da tali imprese, le società operanti nel settore dei servizi energetici, le imprese eglientichesidotinodiunenergy manager o di un sistema di gestione dell energia in conformità alla ISO ENEA: predispone schede tecniche per la quantificazione dei risparmi di primaria espressi in Tonnellate Equivalenti di Petrolio (TEP) energia GSE: l'attività di gestione, valutazione e certificazione dei risparmi correlati a progetti di efficienza energetica condotti nell ambito del meccanismo dei certificati bianchi 31

32 ENEA: Certificati Bianchi L ENEA nell ambito delle attività della "Ricerca di Sistema elettrico (Accordo di programma: Ministero dello Sviluppo Economico) sta lavorando alla definizione di una procedura utilizzabile per calcolare l il risparmio i energetico nei CED (ottenuto a seguito degli interventi per l incremento dell efficienza negli usi finali dell energia) Premessa: I criteri generali con i quali è concepito il sistema dei CB lo rendono di difficile applicazione nel caso dei CED, e comunque impongono limiti severi Criteri: Nel caso specifico possono essere incentivati interventi di sostituzione, in un CED, di elementi tradizionali con altri ad alta efficienza energetica Sono incentivabili solo interventi che conseguano risultati migliori rispetto ad una baseline (valore medio di riferimento) Tenuto conto della rapida evoluzione delle apparecchiature di calcolo sarà necessario adottare una baseline di tipo variabile La frazione incentivabile va calcolata a parità di potenza di calcolo 32

33 Progetto Europeo DC4Cities (FP7) La Commissione Europea ha approvato numerosi progetti sul tema dell EE nei CED (Call Smart Cities del 7 Programma Quadro) Progetto: DC4Cities Environmentally sustainable data centres for Smart Cities : sviluppo di soluzioni finalizzate all ottimizzazione dell operatività dei CED (esistenti) puntando alla minimizzazione dei consumi e all utilizzo di energie rinnovabili (per l 80% dei consumi totali) Obiettivo: rendere i CED esistenti adattabili dal punto di vista energetico, senza modificarne la logistica e senza avere impatti sulla qualità del servizio fornito agli utenti. Il progetto prevede lo sviluppo di nuove metriche, benchmark e processi di misura che saranno proposti per la definizione di nuovi standard 33

34 Progetto Europeo DC4Cities (FP7) Compagine: Freemind Consulting, Belgio (coordinatore), Università di Mannheim, Germania, Hewlett Packard Italiana S.r.l., Università ità di Passau, Germania, Centro CREATE-NET, Trento, ENEA CESCA Centro Servizi Scientifici e Accademici di Catalogna, Spagna, INRIA, Francia, Gas Natural SDG SA, Spagna, Istituto Municipale d Informatica di Barcellona, Spagna. Trials: utilizzo di fonti di energia rinnovabili 1. Trento 2. Barcellona ENEA: sviluppo di nuove metriche, e, benchmark e processi di misura che saranno proposti per la definizione di nuovi standard 34

35 Grazie per l attenzione andrea.quintiliani@enea.it it marta.chinnici@enea.it 35