Dipartimento di Elettronica e Informazione Green IT: sfide e opportunità Eugenio Capra eugenio.capra@polimi.it Parma, 7 ottobre 2008
Indice Cos è il Green IT e perché è importante Fare IT green : un approccio multi-livello L IT come strumento per la governance green Sfide e opportunità 1
Cos è il Green IT? Approfondite nella presentazione Definizione Aree di intervento IT che consuma meno energia Efficienza energetica Design innovativo di data center, power management Pratiche di utilizzo green Ciclo di vita dell IT con minor impatto ambientale Green manufacturing Gestione e riciclaggio di rifiuti e componenti dismessi, eco-labeling Ottimizzazione imballaggi IT come strumento per la governance green 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 l impatto ambientale degli altri processi 2
I data center consumano più di quanto si pensi Consumo medio, KW PC 0,2 Server blade 1 Rack di server blade 40 Data center medie dimensioni 250 Data center grandi dimensioni 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 4
L IT ha un impatto ambientale significativo Tipologia impatto Evidenze Emissioni di CO 2 L IT è responsabile di più del 2% delle emissioni di CO 2, come l industria aeronautica Ogni PC genera 1 tco 2 eq all anno Un server produce in un giorno la stessa CO 2 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 Spesa mondiale per i server, B$ Energia e raffreddamento CAGR +29% Manutenzione e amministrazione CAGR +40% Nuovi server CAGR +12% 170 125 150 25 120 15 20 100 10 60 90 10 50 80 30 255 235 45 200 40 35 145 135 110 70 60 60 50 55 55 60 65 Il costo dell energia è cresciuto di 4 volte in 14 anni, molto più del costo di acquisto Base installata (milioni) 1996 6 9 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 14 18 21 27 35 43 Fonte: IDC (2006) 6
Il costo dell energia incide sempre di più sui costi IT Spesa per energia e raffreddamento/ costo di acquisto 100 17 17 21 40 4X 45 64 67 69 Per 1 speso per acquistare nuovi server si spendono più di 0,6 all anno per alimentarli e raffreddarli Base installata (milioni) 1996 6 9 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 14 18 21 27 35 43 Fonte: IDC (2006) 7
In Italia la situazione è ancora più grave Costo dell energia per uso industriale, $cent/ KWh UK USA 6 Francia 5 Spagna 9 13 Germania 8 Italia 24 Cina 6 Giappone 12 India 4 Sud Africa 2 Australia 6 Fonte: Key world energy statistics, IEA (2007) 8
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 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 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 Il 60% dei data center sono condizionati dai limiti di energia, raffreddamento e spazio Fonti: Forrester Research, Gartner, IBM (2007) 9
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Comunicare costa energia Teorema di Margolus Levitin (2000) La massima velocità con cui un sistema fisico può spostarsi da uno stato all altro è proporzionale all energia del sistema stesso Attualmente il modo più efficiente per memorizzare 1 bit di informazione è tramite lo spin di un atomo E h 4 f E = energia richiesta per commutare un bit h = costante di Planck 6,626 10-34 J s f = commutazioni al secondo Per commutare 1 bit a 1 Ghz servono almeno 10-25 J. Nei nostri laboratori siamo arrivati a 10-16 J Esiste un limite minimo al consumo di energia legato all informazione ed è stabilito dalla fisica quantistica I nostri sistemi IT consumano molta più energia perché vengono introdotte tante inefficienze a diversi livelli 11
L efficienza energetica dell IT è migliorabile a vari livelli (1/2) STIME Livello Microprocessore Fattori di inefficienza Dispersioni fisiche Utilizzo effettivo del processore Efficienza attuale ~0,001% Server Periferiche e componenti ausiliari Conversione AC/DC ~60% Sistema Bilanciamento dei carichi di lavoro Tipologia di carico ~40% Infrastruttura Raffreddamento Gruppi di continuità ~50% Fonte: Schneider Electric (2007), Analisi del gruppo di ricerca 12
L efficienza energetica dell IT è migliorabile a vari livelli (2/2) STIME Livello Applicazioni Fattori di inefficienza Complessità degli algoritmi logici Qualità del software Efficienza attuale ~20% Rete Algoritmi di routing Dispositivi HW di rete e sensoristica ~10% Dati Scarsa qualità dei dati che porta ad eseguire più operazioni ~60% Pratiche di utilizzo Utilizzo improprio di sleepmode, screen saver e simili ~30% Fonti: University of Colorado at Boulder (2005), EILT (2007), Analisi del gruppo di ricerca 13
Dove viene consumata l energia in un sistema Ripartizione percentuale STIME 100 W 40 42 Complessivamente i nostri sistemi sono efficienti a meno del 50% Ventole AC/DC Memoria 5 6 7 Idle Calcolo 18 15 3 La maggior parte di energia non è consumata per i calcoli eseguiti dal processore, ma da tutto il sistema che vi è costruito sopra Totale HVAC UPS Server Processore Fonte: IBM (2007) 14
L energia richiesta dal calcolo in quanto tale è amplificata dai sistemi soprastanti STIME Energia consumata, Watt 28 1 W 4 12 11 E importante migliorare l efficienza dei processori e del loro utilizzo in quanto questi interventi vengono amplificati Potenza di calcolo Idle time Componenti ausiliari HVAC, UPS Consumo totale Perdite (%) 80% 70 40 Fattore moltiplicativo Fonte: IBM (2007) x5 x3,4 x1,7 x28 15
Ci sono già tanti modi per aumentare l efficienza energetica dell IT Contesto Azioni STIME ESEMPI Riduzione dei consumi relativi Progettazione Utilizzo Abbassare la frequenza di clock e passare da processori single-core a quad-core Dividere la cache in segmenti alimentati solo quando necessario Utilizzare meno drive più potenti Utilizzare DC nei data center Virtualizzare i server Utilizzare ventole a velocità variabile Utilizzare scambiatori di calore più efficienti nei case Abilitare il power management Spegnere il sistema quando non in uso Usare efficacemente lo screen saver Migliorare la qualità dei dati Fino a 50% Fino a 50% Fino a 80% Fino a 45% Fino a 60% ~60-70% ~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 Ore di utilizzo*: 1900 h x 57 KWh x $ 14 / anno L investimento 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
La ricerca al Politecnico di Milano* ESEMPI Area di impatto Software Temi in corso di approfondimento Mappatura metriche di qualità del design con metriche di complessità legate alle inefficienze con cui si gestisce l informazione Ottimizzazione del codice Sistema Progettazione di architetture IT orientate all efficienza energetica Load balancing per spegnere i server non utilizzati Algoritmi di negoziazione orientati all efficienza Processore Algoritmi multicasting per calcolo parallelo ad elevate prestazioni e bassi consumi Progettazione di processori a basso costo e ad alta efficienza energetica * Dipartimento di Elettronica e Informazione, Gruppo di Sistemi Informativi 18
I processori sono sempre più efficienti, ma come li usiamo? Frequenza di clock del processore (MHz) x72 3.600 1.400 Performance per Watt* (Ktpm-c/ Watt) 250 50 486 P3 P4 100 150 Potenza dissipata (W) x12 120 Proc. Generazione 1 Proc. Generazione 2 Proc. Generazione 3 10 30 * Benchmark TPC-C 486 P3 P4 Fonte: Wikipedia, Intel (2002) 19
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Conosci il tuo nemico Fatti L 86% 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 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 21
Serve un sistema informativo direzionale green Datawarehouse green ESEMPIO KPI da monitorare Consumo di energia Calore CO 2 Sostanze inquinanti Tipo prodotto KW Dimensioni di analisi Tempo Fase Prodotto Fase Per qualunque processo, non solo IT! Ore 22
Come l IT può aiutare la governance green ESEMPI Attività Ruolo dell IT Stima dei consumi in base a parametri funzionali (per es. utilizzo e frequenza di clock dei processori) Sonde software Modelli previsionali Monitoraggio e rilevazione dei parametri significativi Sensori Reti intelligenti e strumenti per la raccolta dati Analisi dei dati e sintesi Cruscotti direzionali Strumenti di data mining 23
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Il tema del Green IT è sempre più sentito Evidenze Il Green IT è ritenuto una tematica importante dal 94% dei professionisti IT europei e dall 85% di quelli statunitensi Il Green Data Center è al primo posto nella classifica per le Tecnologie Necessarie per il 2008 (Gartner) Entro il 2011 il 50% delle grandi aziende avranno definito delle Policy per l Impatto Ambientale Entro il 2011 il 25% dei nuovi CED saranno green Il 44% delle aziende FT 500 Computer, Telecom e IT Service Provider ritengono che i cambiamenti climatici rappresentino un opportunità commerciale per prodotti e servizi sia nuovi che già esistenti Fonti: Carbon Disclosure Project Report 5, Forrester Research, Gartner (2007) 25
Basta poco per iniziare a fare Green IT ESEMPI Approccio Tattico/ incrementale Produttori Inserire prodotti a basso impatto ambientale nella propria offerta commerciale (es. Energy Star) Tenere traccia dei prodotti per tutto il ciclo di vita Utilizzare imballaggi a impatto ambientale minimo Utenti Adottare policy per power management, spegnere i computer quando non in uso Tenere conto dei parametri green nell acquisto di nuovi prodotti Virtualizzare i sistemi Strategico Investire nella ricerca green a tutti i livelli Supportare e incentivare i clienti nell ottimizzazione green dei propri impianti Implementare SI direzionale per monitorare i parametri green Istituire nuove figure aziendali per gli obiettivi green Deep green Implementare politiche per la compensazione dell inquinamento causato dai propri processi produttivi Predisporre un offerta di strumenti IT per il green Implementare politiche di compensazione per l emissione di gas serra relativi ai propri impianti Pianificare una strategia green su come sfruttare l IT per ottimizzare gli altri processi 26
Conclusioni Il Green IT ha una valenza morale, di immagine e di costo E un problema dal quale non si può più prescindere, anzi conviene sfruttarlo per trarne vantaggio competitivo Si può fare qualcosa fin da subito a tutti i livelli 27
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 eugenio.capra@polimi.it 28