‘Green Computing’: IT en energieverbruik
Een groei met 1000 % van de digitale wereld in vijf jaar tijd (een voorspelling van IDC) zal enorme consequenties hebben voor het milieu, zowel voor wat betreft de energie die wordt verbruikt als het afval dat wordt gecreëerd. Het electronisch afval neemt nu al toe met meer dan een miljard items per jaar, vooral mobiele telefoons, persoonlijke technologie en PC’s. De overgang naar digitale TV zal een enorme hoeveelheid analoge TV-sets, stettop boxen en DVD’s daaraan toevoegen, die rond 2011 verdubbeld zal zijn. De Verenigde Naties schatten dat 20 tot 50 miljoen ton apparaten elk jaar worden gedumpt; het is het snelst groeiende soort afval. Slechts 12 % van dit soort afval wordt gerecycled, waardoor enorme hoeveelheden chemicaliën in het milieu terecht komen. We hebben
Recente onderzoeken geven aan dat milieuoverwegingen nauwelijks een rol spelen bij de beslissingen over de aanschaf van IT-middelen. De neiging naar klimaat-neutraliteit zal echter een belangrijke rol gaan spelen in beslissingen over digitale opslag. De praktijk is nog ver verwijderd van die neutraliteit, maar er is veel te winnen. Maar we moeten wel eerlijk zijn. ‘Green Computing’ heeft primair niets van doen met het ‘feel better about the environment’-gevoel. Het gaat voornamelijk over het terugdringen van de operationele kosten bij het enorme toenemen van de computersnelheden en -vereisten. ‘Green computing’ vereist meetbare, korte termijn resultaten, die de financieel managers gelukkig maken.
Een rapport van BridgeHead Software, een leverancier van opslagsoftware, meldde dat slechts 35 procent van de IT-beslissers aangaf dat bij de aanschaf van opslagtechnologie milieu-overwegingen een rol spelen. Daartegenover stelde 88 procent van diezelfde beslissers dat de leveranciers van opslagoplossingen veel meer moeten doen om de efficiency van het energieverbruik van hun producten te verbeteren. ‘Cost is still the primary driver for purchasing’, zo zegt Patrick Dowling van BridgeHead. ‘The study found that while companies are interested in reducing carbon footprints, it is not surprising that business-focused IT executives are more concerned with the business issues, such as reducing costs through energy consumption of their storage systems. Sixty-one percent said almost half of their data was residing on their primary storage system, which is using the most energy and therefore costing the most money’. 70 procent van de beslissers gaf aan dat een beter management van hun opslagmiddelen het energieverbruik aanzienlijk zou verminderen.
Een tweede rapport, van The Economist Intelligence Unit, laat zien dat ‘green computing’ voor de meeste IT-afdelingen nog steeds niet meer dan bijzaak is. In datacentra is, zo geeft het rapport aan, bij de huidige stand van de technologie een electriciteitsbesparing mogelijk van meer dan vijftig procent, en in theorie op alle werkplekken nog veel meer als gebruik gemaakt wordt van ‘thin provisoning’ (desktop-computers, zonder eigen opslag, met een kleine, zuinige processor en enkel een verbinding naar de servers). Die besparing wordt niet gemaakt door een samenspel van organisatorische stroperigheid, oude, nog niet afgeschreven datacentra en gebondenheid aan software die niet of nauwelijks op efficiëntere hardware werkt.
Die onderzoeksresultaten verbazen als we nagaan wat wereldwijd aan energie verbruikt wordt om datacentra draaiende te houden. Teruggrijpend op een rapport van Jonathan Koomey, een wetenschapper van de Lawrence Berkeley National Laboratories en hoogleraar aan de Stanford University, is het totale electriciteitsverbruik van servers wereldwijd voor de jaren 2000 en 2005 in kaart gebracht. Koomey beschrijft dat als volgt: ‘Total direct power consumption for all servers in the U.S. in 2005 is about 2.6 million kW. Including cooling and auxiliary equipment increases that total to about five million kW, which is equivalent (in capacity terms) to five 1000 MW power plants. Total server electricity consumption in the U.S. is 23 billion kWh in 2005. When electricity use for cooling and auxiliary equipment is included, that total rises to 45 billion kWh, or about 1.2% of retail electricity sales in that year, resulting in a total utility bill of $2.7 billion (2006 dollars) when valued at U.S. industrial electricity prices. Total server power and electricity consumption for the world as a whole is about two and a half times bigger than for the U.S’. En Koomey sluit af met de (opwekkende?) mededeling dat sinds 2000 ‘server energy use has doubled’! Er zijn nauwelijks redenen om aan Koomey’s onderzoeksresultaten te twijfelen, behalve misschien aan te geven dat het aan de voorzichtige kant is. Want stelde IDC niet dat het energieverbruik per server vertienvoudigd is ?
45 miljard Kwh ! Of, voor de hele wereld: 112 ½ miljard Kwh ! And rising….
Omgerekend naar Nederlandse Euro-bedragen en uitgaande van een gemiddelde prijs van € 0,20 (inclusief electra, netwerk, eco-tax, service en administratie en BTW) hebben we het dan wel over uitgaven van respectievelijk 9 miljard en 22,5 miljard euro !
De energiekosten in datacentra stijgen dan ook in een angstwekkend tempo. Er zijn voorspellingen dat de kosten voor de benodigde energie om de datacentra gaande te houden over een paar jaar vijftig procent van het IT-budget zullen vergen. Datacentra verbruiken veel energie aan inefficiënte server- en opslaginfrastructuren, maar ze gebruiken meer dan 60 % van hun energie voor het koelen van IT-apparatuur. Binnenkort zullen de totale kosten voor voeding en koeling tijdens de levensduur van een server hoger uitvallen dan zijn oorspronkelijke aanschafprijs.
Het is niet dat er niets gebeurt. De leveranciers van hardware hebben technisch al veel gedaan om het energieverbruik (en daarmee de kosten) van servers te verminderen. Door de grote hoeveelheid servers (ongeveer acht miljoen in Europa – snel stijgend) wordt het energieverbruik daardoor aanzienlijk teruggebracht. Sun bijvoorbeeld levert servers die gebruik maken van chips die de helft minder energie verbruiken dan die van de belangrijkste concurrenten van het bedrijf. Dat levert (vervolgens) nog extra energiebesparingen op omdat het datacentrum daardoor ook minder koeling nodig heeft. Sun zet de servers in de markt voor een prijs die eenderde is van wat HP of IBM voor vergelijkbare machines vragen. En dat levert heel veel op: een laboratorium van de Princeton University bracht de jaarlijkse energierekening terug van 105.000 dollar in 2003 tot 27.000 dollar in 2006, terwijl de processorsnelheid drie tot vier keer hoger was. Het lagere energieverbruik betekende ook 28 ton minder aan CO2-uitstoot. De Universiteit realiseerde dit door een cluster van 200 servers met AMD Athlon chips te vervangen met 100 SUN X2100 servers gebaseerd op dual-core AMD Opteron chips. Toen Intel de quad-core Xeo-chips introduceerde in november 2006 stelde het dat deze chips een piekbelasting van 1.8 teraflop kon leveren met minder dan 10.000 kW. Tien jaar geleden, met gebruikmaking van Pentium-chips, was dat 800.000 kW !
Betrokken industriële partijen als AMD, APC, Dell, HP, Intel, Microsoft, Sun, VMware, Cisco en Juniper hebben zich verenigd in The Green Grid, ‘a global consortium dedicated to advancing energy efficiency in data centers and business computing ecosystems’, zoals op hun website wordt vermeld. Cisco heeft ervaring opgedaan met een pilot om een ‘power and cooling audit’ te doen in de datacenters van zijn klanten. Dat is een populaire service gebleken, die de TCO (Total Cost of Ownership) kan verlagen en capaciteit vrijmaakt voor andere ondernemingsdoelen omdat er minder nieuwe datacenters bijgebouwd hoeven te worden. Sun is een van de initiatiefnemers van The Green Grid en besteedt al langere tijd aandacht aan de hoge energierekening en C02-uitstoot die het gevolg zijn van een minder energie-efficiënt datacenter. Met behulp van remote management-technieken als ILOM (Integrated Lights Out Management) wordt geprobeerd de infrastructuur minder hulpbehoevend te maken. Dat de industrie het steeds beter doet blijkt ook uit de laatste editie van Greenpeace’s Guide to Greener Electronics. Greenpeace constateert dat vele leveranciers ‘groene’ inzichten in de ontwikkeling van hun apparaten betrekken. Samsung en Toshiba delen de toppositie in de lijst, te danken aan het feit dat in hun beleid milieu een structurele plaats inneemt en het feit dat ze beiden een zeer goed recycling-programma hebben ontwikkeld.
Dat het energieprobleem nog niet opgelost is heeft te maken met een ander probleem: een infrastructuur ‘lock-in’. De enorme beheerimplicaties van een infrastructuurwisseling (andere besturings- en netwerksoftware, veelal ook andere databasetechnologie, aanpassingen in applicaties en verschuiving in kennis- en vaardighedenbehoeften onder de medewerkers) schrikken vele bedrijven af. En, daarbij opgeteld, het bewustzijn dat IT verantwoordelijk is voor CO2-uitstoot moet ook nog doordringen. Een onderzoek van Bell Micro onder Britse bedrijven in maart 2008 gaf aan dat 50 % van de onderzochte bedrijven niet gelooft dat IT iets te maken heeft met overmatig gebruik van Energie. Overigens gaf dat rapport aan dat ook maar 8 % van de bedrijven een ‘groen IT’-beleid had ontwikkeld.
IT managers hebben veel van hun pogingen tot efficiënter omgaan met energie geconcentreerd op de consolidatie en de virtualisatie van servers, waarbij ze langzaam maar zeker de gebruikelijke servermodellen (met een gemiddeld nuttig gebruik in 24 uur van tien tot vijftien procent) vervangen door nieuwe servertechnologie met een veel hogere gebruiksfrequentie (meer dan 75 % gemiddeld). Sun schat dat 70% van de servers in de meeste organisaties maar een applicatie draait; 10 % van de servers draait applicaties die door niemand meer worden gebruikt. Consolidatie van de nuttige applicaties op minder machines, met behulp van virtualisatie, heeft een groot effect. De besparingen alleen hierdoor al zijn gigantisch, omdat het ook energieverbruik van de koeltechnologie vermindert. En niet alleen op servertechnologie wordt bespaard: alle server-gerelateerde componenten (zoals switches, back-up servers e.d.) doen aan de besparing mee.
Ondanks die besparingen blijft er een groot energieprobleem bestaan in het datacentrum: opslag. Volgens HP zijn opslagnetwerken verantwoordelijk voor 15 procent van de totale IT-energiekosten. Schattingen lopen uiteen van een jaarlijkse groei aan opslagbehoefte tussen de dertig en zestig procent. Historisch gezien hebben servers altijd meer energie gevergd dan opslag, maar die trend is de afgelopen jaren gewijzigd door de energiebesparende technieken die zijn ontwikkeld. Opslagtechnologie wordt beperkt door de harde schijven die worden gebruikt, waarvan de ontwikkeling, zeker voor wat betreft het energieverbruik, aanzienlijk langzamer verloopt dan die van de servertechnologie. Daarnaast neemt het aantal harde schijven per opslagserver toe, doordat steeds meer data worden bewaard. Denk aan de duplicatie van de gegevens als waarborg bij een calamiteit, de neiging van gebruikers om meer gegevens nuttig te achten voor de bedrijfsprocessen en de angst niet ‘compliant’ te zijn aan allerlei wetten en regels. Dat laatste heeft vele bedrijven tot het idee gebracht dat het veiliger is zo goed als alle bedrijfsinformatie te bewaren.
Met als gevolg dat datacentra, ondanks het feit dat ze door serverconsolidatie een energiebesparingsslag hebben gemaakt (of misschien beter: zouden hebben kunnen maken), met een grote vraag naar energie blijven zitten dankzij de snel groeiende opslagbehoefte.
Opslag wordt in vele computeromgevingen veelal gekoppeld aan goedkope, kleine servers waarin steeds meer harddisks worden opgenomen naar gelang de opslagbehoefte van applicaties toeneemt. De allermakkelijkste manier om te garanderen dat er voortdurend opslagcapaciteit beschikbaar is. Elke hard drive echter (of deze nu vol, halfvol of bijna leeg is) blijft continue actief en vereist voortdurend energie. Daarnaast wordt iedere drive maar gemiddeld tien tot vijftien procent van de tijd gebruikt. Uitbreiding van opslagcapaciteit omdat opslagkosten zo laag zijn moet over zijn. Het is immers niet waar en leidt tot onnodige kosten voor de bedrijven.
Information Lifecycle Management en ‘tiered storage’ maken het mogelijk opslag te managen met verschillende managementniveaus. De IT-afdeling biedt de interne klant verschillende ‘tiers’, opslag- of dienstverleningsniveaus, aan. Die niveaus verschillen in beschikbaarheid, hersteltijd na een eventuele storing, de vraag of data verloren mag gaan, de connectiviteit, en de vraag of voor back-ups speciale tijdvensters beschikbaar zijn of dat alles in de achtergrond moet gebeuren. Energieverbruik is bij ‘tiered storage’ een belangrijke factor. Als voorbeeld: een ‘tier I’ server met 73 GB drives levert een hogere snelheid van toegang tot de gegevens dan een ‘tier II’ server uitgerust met hard drives van 500 GB. Maar de ‘tier I’ server gebruik veel meer electriciteit per opgeslagen Terabyte omdat het meer hard drives nodig heeft om dezelfde capaciteit te bereiken.
Als een algemene richtlijn is het de beste wijze om energie-efficiency te maximaliseren door gebruik te maken van de hard drives met de hoogste capaciteit die de beschikbaarheid van de applicatie, de performance-eisen en het ‘geduld’ van de gebruiker mogelijk maakt. Aangezien het electriciteitsverbruik van de hard drive onafhankelijk is van de mogelijke capaciteit, levert een hogere capaciteit per disk onmiddellijk energievoordeel op. Door vervolgens minder kritische en minder of bijna nooit gebruikte gegevens naar een ander opslagniveau te verplaatsen, bijvoorbeeld naar tape, wordt het aantal voortdurend actieve hard drives verminderd, met energievoordelen als gevolg. Tape is ‘koel’ – tot 99% koeler dan harde schijf. Tapeoplossingen verlagen de kosten voor voeding en koeling en bieden tegelijk betrouwbare opslag. Dankzij de lagere hitteafgifte kunnen tapedrives ook dichter bij elkaar worden geplaatst. Dat bespaart ruimte zonder dat de kosten voor koeling stijgen. Door opslag te consolideren in zo weinig mogelijk servers kan het energieverbruik dan ook worden verminderd, maar blijft de performance zoals gewenst.
De laatste component in het realiseren van energievoordelen is het managen van de opgeslagen hoeveelheid gegevens zelf. De redundantie van de gegevens moet worden teruggebracht tot het toelaatbare minimum. Niet langer noodzakelijke gegevens (gezien zowel vanuit bedrijfseconomisch als wettelijk oogpunt) moeten worden vernietigd. Het management van gegevens moet worden ingericht op basis van een door de verantwoordelijken vastgesteld bewaarbeleid, waarin per gegevenssoort en per bedrijfsproces dient te worden vastgelegd welke gegevens voor welke periode dienen te worden bewaard. Als die periode is verstreken, dan dienen de betreffende gegevens (tenminste in zover er zich ondertussen geen reden heeft voorgedaan om tot langere bewaring over te gaan) te worden vernietigd. Ieder bedrijf dient zichzelf een verplichting tot vernietiging van gegevens op te leggen. Gegevens die van geen belang meer zijn voor het bedrijf hoeven niet tot in eeuwigen dage te worden opgeslagen op uiterst kostbare opslagmedia.
Het doel is uiteindelijk de onbeheersbaar lijkende kosten van datacentra en IT infrastructuren terug te dringen door de energieconsumptie terug te dringen, afscheid te nemen van oude, energie-onvriendelijke apparatuur en over te gaan tot de invoering van Information Lifecycle Management, ‘tiered storage’ en gegevensvernietiging.
Digitalisering lijkt goedkoop. Het is het niet. Het wordt tijd dat eens te beseffen…
April 2008 – maart 2010
