Il Green IT e la sfida della sostenibilità

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

2. Indice • Cos’è il Green IT e perché è importante • Migliorare l’efficienza energetica dell’IT • IT for a greener business

3. IT che consuma meno energia • Ciclo di vita dell’IT con minor impatto ambientale • IT for a greener business Cos’è il Green IT? Approfondite nella presentazione Definizione 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 monitorare i parametri “green” di tutti i processi (non solo IT) tramite opportuni sensori • Strumenti IT per ridurre l’impatto ambientale degli altri processi

4. L’IT consuma 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

5. 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 Perché è importante parlare di Green IT?

6. Emissioni di CO2 • Perdita sostanze inquinanti L’IT ha un impatto ambientale significativo Tipologia impatto Evidenze • L’IT è responsabile di più del 2% delle emissioni di 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 • 70% dell’inquinamento del suolo da piombo, cadmio e mercurio deriva dall’industria IT Fonti: Gartner (2007), Forrester Research (2007), EILT (2007)

7. 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 STIME Consumo medio KWh Altro 1.400 (210 €) ~730 30 – 70% a seconda del tipo di climatizzazione IT IT aziendale in 1 giorno Abitazione in 1 anno * 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano

8. Il costo dell’energia è cresciuto di 4 volte in 14 anni, molto più del costo di acquisto Il consumo energetico dell’IT costa (2/2) Spesa mondiale per i server, B$ Energia e raffreddamento CAGR +29% 255 Manutenzione e amministrazione CAGR +40% 235 Nuovi server CAGR +12% 45 200 40 170 35 150 125 25 145 20 120 15 135 100 110 60 90 10 10 80 50 30 70 65 60 60 60 55 55 50 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Base installata (milioni) 6 9 14 18 21 27 35 43 Fonte: IDC (2006)

9. Per 1€ speso per acquistare nuovi server si spendono più di 0,6€ all’anno per alimentarli e raffreddarli 4X Il costo dell’energia incide sempre di più sui costi IT (1/2) Spesa per energia e raffreddamento/ costo di acquisto 100 69 67 64 45 40 21 17 17 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Base installata (milioni) 6 9 14 18 21 27 35 43 Fonte: IDC (2006)

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

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

12. Il 60% dei data center sono condizionati dai limiti di energia, raffreddamento e spazio 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 • 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)

13. L’impatto ambientale dell’IT sarà presto oggetto di regolamentazione • Monitorare e razionalizzare il consumo energetico dell’IT della propria azienda vuol dire anticipare la normativa ed evitare problemi nel medio termine 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 • E’ probabile che nel medio termine venga introdotta una tassazione sulle emissioni equivalenti di CO2 (è già una proposta concreta in UK) 12

14. L’impatto ambientale delle diverse attività di un’organizzazione spesso è sconosciuto e non è monitorato • E’ difficile ottimizzare ciò che non si conosce 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) Fonte: EILT (2007); Indagine condotta dal Politecnico di Milano su un campione di 138 aziende italiane

15. Indice • Cos’è il Green IT e perché è importante • Migliorare l’efficienza energetica dell’IT • IT for a greener business

16. 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 28 14 70 Totale Sala server PC Switch Sorvegli-anza Stampanti Altro UPS 50% 29 8 5 5 2 1 Percento * 200 dipendenti – Fonte: ricerca del Politecnico di Milano 15

17. Proget-tazione • Utilizzo Ci sono già tanti modi per aumentare l’efficienza energetica dell’IT STIME ESEMPI Riduzione dei consumi relativi Contesto Azioni • 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 • Fino a 50% • Fino a 50% • Fino a 80% • Fino a 45% • Fino a 60% • Abilitare il power management • Spegnere il sistema quando non in uso • Usare efficacemente lo screen saver • Migliorare la qualità dei dati • ~60-70% • ~30% Fonti: EILT (2007), EPA (2005), IBM (2007), San Murugesan “Harnessing Green IT: Principles and Practice” (2007)

18. L’investimento green si ripaga in meno di 2 anni, senza contare la riduzione dei costi di condizionamento x x Fare green IT conviene economicamente Ottimizzazione di un PC STIME ESEMPIO Premium price per PC green: $ 20 Risparmio: 30 W 57 KWh Ore di utilizzo*: 1900 h $ 14 / anno Costo energia: 0,24 $/KWh * 40 ore a settimana per 48 settimane Fonte: Elaborazione su dati Intel (2007)

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

20. Cosa vuol dire efficienza energetica ? Energia in ingresso ?? W UPS 3 W 18 W 60 W 100 W PDU Processore (in idle ?) Server Calcolo Operazione di business HVAC 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? 19 19

21. 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. Genera-zione 1 Proc. Genera-zione 2 Proc. Genera-zione 3 30 * Benchmark TPC-C 10 486 P3 P4 20 20 Fonte: Wikipedia, Intel (2002)

22. 21

23. Comunicare costa energia • 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 • 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) 22

24. La ricerca al Politecnico di Milano* • Software • Sistema Informativo • Data center ESEMPI Area di impatto 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 • 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 23 * Dipartimento di Elettronica e Informazione

25. Il software incide significativamente sui consumi • 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 • 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 da 3 diversi DBMS che eseguono lo stesso carico di lavoro Potenza assorbita in IDLE 24 24

26. Indice • Cos’è il Green IT e perché è importante • Migliorare l’efficienza energetica dell’IT • IT for a greener business

27. L’efficienza energetica dell’IT è cresciuta molto più che in altri settori • Automobili X 4,4 X 2,2 X 1,4 X 2,7 • Aerei • Produzione acciaio • Illuminazione • Sistemi di calcolo X 28.571 Settore Efficienza 1978 Efficienza 2008 Miglioramento • 6,15 km/lt • 8,50 km/lt • 6,0 revenue passenger mile/lt • 13,3 revenue passenger mile/lt • 132 g/Kj • 349 g/Kj • 13 lumen/watt (incandescenza) • 57 lumen/watt (fluorescenza) • 1,4 mips/watt • 40.000 mips/watt 26 Fonte: “A Smarter Shade of Green”, ACEEE Report for the Technology CEO Council, 2008

28. 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 2050 27 Fonte: McKinsey (2008); IPCC; Stern Review (2006)

29. Se però il mondo vuole continuare a crescere occorre aumentare la produttività della CO2 • Per stabilizzare il clima senza bloccare il progresso la produttività della CO2 deve crescere dagli attuali 740 $/tCO2e a 7.300 $/tCO2enel 2050 • Si tratta di una seconda rivoluzione industriale STIME Trend 28 Fonte: McKinsey (2008)

30. L’ICT può avere un ruolo in questo, rendendo più “green” gli altri processi Secondo McKinsey l’ICT entro il 2020 contribuirà ad abbattere 7,8 GtCO2e ESEMPI Applicazioni ICT Impatto ambientale • Automazione industriale • Smart power network • Strumenti per la domotica • Controllo digitale negli elettrodomestici • Centraline elettroniche nei veicoli • Maggiore efficienza energetica • Telepresenza e telelavoro • Videosorveglianza • E-Commerce • Strumenti per l’infomobilità • Minore incidenza dei trasporti • Posta elettronica • Strumenti per il paperless office • Musica digitale • Automazione industriale • Utilizzo più efficiente dei materiali di consumo 29

31. …in ogni caso l’ICT è una parte imprescindibile del nostro modo di vivere e lavorare 30

32. 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% Conclusioni

33. 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