«Зеленые» ИТ: экологичные вычисления, энергоэффективность и устойчивое развитие

Информатек Диджитал » Ресурсы » «Зеленые» ИТ: экологичные вычисления, энергоэффективность и устойчивое развитие

Развитие технологий привело к кардинальным изменениям в нашей жизни и работе, но также создало огромную экологическую нагрузку, связанную с потреблением энергии и электронными отходами . Каждый поиск в интернете, каждый просмотр видео, каждое электронное письмо и каждый сервер, работающий круглосуточно, оставляют след в климате, о котором мы редко задумываемся, используя мобильный телефон или компьютер.

В этом контексте концепция « зеленых ИТ» приобрела популярность . Этот подход направлен на то, чтобы сделать ИКТ более эффективными, экологичными и ответственными на каждом этапе: от проектирования и производства аппаратного и программного обеспечения, через ежедневное использование, до управления оборудованием по окончании его жизненного цикла. Речь идет не об отказе от цифровых технологий, а об их ответственном внедрении, чтобы технологический сектор не продолжал увеличивать свой глобальный углеродный след и чтобы мы могли двигаться к устойчивым технологиям.

Что такое «зеленые» информационные технологии и почему они стали настолько актуальными?

Когда мы говорим о «зеленых» ИТ, «зеленых» вычислениях или «зеленых» технологиях, мы имеем в виду набор принципов, практик и продуктов, направленных на снижение воздействия информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) на окружающую среду. Это включает в себя все: от внутренней политики компании до решений о закупке оборудования, проектирования программного обеспечения и стратегий управления центрами обработки данных.

Цель такого подхода предельно ясна: минимизировать потребление энергии, сократить выбросы парниковых газов и ограничить образование электронных отходов , не жертвуя при этом производительностью, безопасностью или доступностью системы. Проще говоря, речь идёт о том, чтобы технология выполняла те же или даже больше функций, но при этом использовала меньше ресурсов и вызывала меньше загрязнения.

Это движение начало набирать обороты в начале 90-х годов, когда Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запустило программу Energy Star для маркировки энергоэффективного оборудования. Оно также продвигало инструмент EPEAT для оценки экологических характеристик компьютеров, ноутбуков и мониторов, оценивая такие аспекты, как экономия энергии, использование перерабатываемых материалов и простота утилизации по окончании срока службы.

С тех пор опасения вышли далеко за рамки простого энергопотребления ПК. Климатический след сектора ИКТ включает в себя электроэнергию, потребляемую устройствами, сетями и центрами обработки данных, а также производство и транспортировку оборудования , техническое обслуживание, охлаждение инфраструктуры и обработку (или утилизацию) электронных отходов.

Различные исследования оценивают вклад ИКТ в глобальные выбросы CO2 в 3-4% , что превышает показатели воздушного и морского транспорта, и прогнозируют, что в ближайшие годы эта цифра может вырасти до 8% и более, если не будут приняты соответствующие меры. Кроме того, некоторые анализы показывают, что на цифровой сектор может приходиться почти 5-9% мирового потребления электроэнергии , при этом центры обработки данных и платформы искусственного интеллекта будут играть все более значительную роль.

Параллельно с этим стремительная цифровизация порождает огромный поток электронных отходов, который уже ежегодно составляет десятки миллионов тонн . Многие из этих устройств содержат тяжелые металлы и опасные вещества, которые при неправильной утилизации загрязняют почву, воду и воздух. «Зеленые» ИТ также решают эту проблему с точки зрения циклического проектирования, продления срока службы устройств и переработки.

Влияние ИКТ на энергетику и климат

В основе дискуссии о «зеленых» информационных технологиях лежит энергопотребление вычислительных и телекоммуникационных систем, особенно центров обработки данных и сетей . По данным Международного энергетического агентства, на центры обработки данных приходится около 1,5% мирового потребления электроэнергии, и к 2030 году спрос на них может почти удвоиться, в основном за счет рабочих нагрузок в области искусственного интеллекта и облачных сервисов.

Однако влияние не ограничивается этими крупными установками. Массовое использование подключенных устройств — компьютеров, мобильных телефонов, смарт-телевизоров, устройств IoT, маршрутизаторов и бесчисленного множества других гаджетов — означает, что суммарное потребление энергии в небольших домохозяйствах и офисах представляет собой очень значительный объем . Исследования, подобные тем, что проводит Ланкастерский университет, показывают, что использование интернета само по себе может в течение нескольких лет составлять очень большую долю мирового производства электроэнергии, если нынешние тенденции сохранятся.

С точки зрения выбросов, информационные технологии и связь часто сравнивают с такими секторами, как авиация. Консалтинговые фирмы, такие как Gartner, оценили выбросы CO2 в сфере ИКТ примерно в тот же порядок величины, что и в сфере воздушного транспорта, — около 2% от общемировых выбросов , в то время как другие исследования повышают общую долю цифровой экосистемы до 3-4% и эта цифра продолжает расти.

Необходимо также учитывать эффект отскока: повышение эффективности, как правило, снижает стоимость цифровых услуг и стимулирует их более широкое использование и появление новых приложений . В конечном итоге, то, что достигается в одной области, теряется в другой, и общее потребление энергии увеличивается. Цифровизация также стимулирует общий экономический рост и появление новых услуг, которые дополняют существующие, а не заменяют их.

По всем этим причинам многие эксперты подчеркивают, что «зеленые» ИТ не могут ограничиваться только эффективными технологиями. Необходимо сочетать технические усовершенствования с изменениями в бизнес-моделях, моделях использования и государственной политике, чтобы цифровой прогресс не обязательно сопровождался увеличением энергопотребления и выбросов.

Электронные отходы, жизненный цикл и углеродный след

Одним из наиболее наглядных примеров влияния вычислительной техники является огромное количество электронных отходов, образующихся в результате постоянной замены устройств : компьютеров, мобильных телефонов, телевизоров, звуковых систем, принтеров и т. д. Падение цен и устаревание (иногда запланированное, иногда просто функциональное) приводят к тому, что мы заменяем наши устройства задолго до истечения их физического срока службы.

В таких странах, как Мексика, например, по оценкам различных официальных отчетов, ежегодно образуется от 150 000 до 180 000 тонн электронных отходов . Большая часть этих отходов попадает на свалки или накапливается в домах и на предприятиях без надлежащей обработки. Лишь очень небольшая часть перерабатывается по сертифицированным технологиям, а остальная часть утилизируется неформально или просто выбрасывается.

Это означает не только потерю ценных материалов (редкоземельных элементов, металлов, высококачественных пластмасс), но и явный риск загрязнения почвы и водоносных горизонтов тяжелыми металлами и токсичными веществами . Поэтому Green IT настаивает на внедрении политики утилизации электроники, программ сбора отходов, принятии производителями ответственности за утилизацию своей продукции после окончания срока ее службы, а также на создании нормативно-правовой базы, регулирующей обращение с этими отходами.

Некоторые крупные технологические компании запустили инициативы по повторному использованию и переработке: бесплатные программы сбора собственного оборудования, кампании по сдаче мобильных телефонов и батарей в авторизованные пункты сбора, а также соглашения с природоохранными органами об установке специальных контейнеров. Однако во многих странах до сих пор отсутствует культура переработки электронных отходов и законы, обязывающие к систематической переработке.

С этими отходами связана концепция углеродного следа. Этот показатель пытается учесть общее количество парниковых газов, связанных со всем жизненным циклом продукта или деятельности , от добычи сырья до утилизации. В вычислительной технике это включает производство, распределение, использование, техническое обслуживание и окончательную утилизацию.

Центры обработки данных, энергоэффективность и экологичный дизайн

Центры обработки данных, пожалуй, являются наиболее важным и заметным аспектом «зеленых» ИТ. В этих объектах размещаются тысячи серверов, систем хранения данных, сети, системы климат-контроля, источники бесперебойного питания и другое оборудование с очень высоким энергопотреблением . Их проектирование и эксплуатация определяют разницу между энергоемкой инфраструктурой и гораздо более контролируемой.

Грамотно спланированный проект центра обработки данных направлен на оптимизацию использования пространства, минимизацию потерь электроэнергии, улучшение циркуляции воздуха и снижение нагрузки на систему охлаждения . Единого рецепта не существует, но есть набор передовых методов: хорошо разделенные горячие и холодные коридоры, использование низких температур окружающей среды (естественное охлаждение), применение жидкостного охлаждения там, где это целесообразно, подробные системы мониторинга энергопотребления и так далее.

Такие компании, как Google, Microsoft, AWS и IBM, годами совершенствуют свои стратегии в этой области. Некоторые перенесли центры обработки данных ближе к возобновляемым источникам энергии, таким как гидроэлектростанции, чтобы обеспечивать свои объекты электроэнергией с низким уровнем выбросов . Другие разработали собственное программное обеспечение для мониторинга потребления в режиме реального времени и корректировки рабочих нагрузок, включения или выключения серверов в зависимости от спроса или даже повторного использования выделяемого тепла.

Ключевое значение имеет и используемое оборудование. При развертывании серверов, систем хранения данных, источников бесперебойного питания (ИБП) или систем климат-контроля выбор энергоэффективного оборудования с сертификатами энергоэффективности напрямую влияет на счета за электроэнергию и воздействие на климат . По оценкам, например, каждый ватт, потребляемый сервером, требует гораздо больше ватт вспомогательной инфраструктуры (охлаждение, распределение, резервирование и т. д.).

Сама архитектура хранения данных допускает возможности для улучшения. Исследования показывают, что к большинству файлов, хранящихся в крупных организациях, обращаются очень редко , что открывает возможности для таких технологий, как MAID (Massive Array of Idle Disks), при которых диски отключаются, когда не используются, что значительно снижает энергопотребление без ущерба для приемлемой доступности.

Ключевые «зеленые» ИТ-технологии: виртуализация, облачные вычисления и сети.

Одним из наиболее мощных инструментов «зеленых» ИТ является виртуализация, которая позволяет объединить несколько логических серверов на одной физической машине . Это повышает уровень использования ресурсов (по сравнению с физическими серверами, которые используются неэффективно на 10-20%) и снижает количество необходимого оборудования, что приводит к экономии энергии, пространства и затрат на охлаждение.

Виртуализация применяется не только к серверам. Сети, хранилища данных и рабочие столы также могут быть виртуализированы , что упрощает централизацию ресурсов, сокращает количество разрозненного оборудования и позволяет лучше управлять потреблением. Эта тенденция ускорилась, особенно во время энергетических кризисов, и продолжает набирать обороты благодаря экономии средств в операционном и экологическом плане.

Облачные вычисления основаны на многих из этих принципов. Вместо развертывания громоздкой инфраструктуры в каждой компании, облако концентрирует ресурсы в крупных, высокооптимизированных центрах обработки данных, распределяя мощности между многими клиентами . Это повышает коэффициент использования и, как правило, приводит к снижению общего потребления по сравнению со сценариями с недоиспользуемой локальной инфраструктурой.

Популярной стала также концепция тонких клиентов ; это очень простые, маломощные рабочие станции, которые делегируют основную часть обработки данных центральным серверам . По сравнению с традиционным настольным ПК, который может потреблять около 80-100 Вт при среднем использовании, тонкий клиент может работать со значительно меньшими показателями, а в сочетании с эффективными серверами общая энергоэффективность, как правило, выше.

Кроме того, существуют распределенные вычислительные сети и грид-вычисления, которые позволяют объединять ресурсы множества узлов для решения ресурсоемких задач без необходимости использования отдельных суперкомпьютеров . При правильном управлении они могут использовать простаивающие мощности и более эффективно направлять их на выполнение конкретных задач, интегрируясь в стратегии «зеленых» ИТ.

Удалённая работа, виртуальные встречи и цифровой трезвость

«Зеленые» ИТ — это не только оборудование. Многие меры направлены на изменение того, как мы используем технологии в повседневной жизни. Удаленная работа и виртуальные встречи — классические примеры того, как ИКТ могут сократить поездки на работу, потребление топлива и связанные с этим выбросы . Сокращение ежедневных поездок на работу или деловых перелетов может привести к значительной экономии CO2.

Исследования, проведенные в США, показали, что если бы значительная часть работников, способных выполнять свои задачи удаленно, избегала поездок на работу пару дней в неделю, ежегодно можно было бы сэкономить миллиарды литров топлива . Помимо этого, наблюдаются и другие положительные эффекты, такие как уменьшение заторов в городах и снижение нагрузки на транспортную инфраструктуру.

Однако цифровизация может также привести к чрезмерному потреблению, если ресурсоемкие сервисы используются слишком часто. Именно поэтому мы говорим о цифровой сдержанности: использовании технологий, которые действительно приносят пользу, избегании траты ресурсов на излишние нужды . Это означает, например, выбор видеоконференций при необходимости, но без лишних встреч; избегание ненужного дублирования файлов; и умеренное использование потоковых сервисов, когда они не способствуют профессиональной деятельности.

В этой области в Европе разрабатываются такие фреймворки, как GR491, которые включают рекомендации и критерии для экодизайна цифровых услуг . Он охватывает аспекты стратегии, архитектуры, разработки фронтенда и бэкенда, контента и хостинга с целью помочь организациям и техническим командам создавать более легкие, эффективные и социально инклюзивные решения.

Такие концепции, как цифровая экологичность, которая фокусируется на ответственном использовании данных, Интернета вещей, искусственного интеллекта и блокчейна для обеспечения устойчивого развития , дополняют традиционные экологичные ИТ-решения, которые в большей степени ориентированы на энергоэффективность и управление оборудованием. Вместе они указывают на более осознанную культуру использования технологий, соответствующую климатическим целям.

Передовые методы внедрения «зеленых» информационных технологий в компаниях и государственных учреждениях.

На практике стратегия «зеленых» ИТ в организации воплощается в конкретные политики, процедуры и решения на многих уровнях . Это касается не только ИТ-отдела; в него входят отделы закупок, материально-технического обеспечения, управления персоналом, менеджмента и, конечно же, пользователей.

К числу наиболее распространенных мер относятся сокращение или исключение опасных веществ в оборудовании, выбор оборудования с экологическими сертификатами, продление срока службы и содействие ремонтопригодности вместо преждевременной замены. Также поощряется переработка оборудования, расходных материалов и компонентов, создаются четкие каналы сбора и управления отходами.

На операционном уровне передовые организации, как правило, внедряют энергосберегающие политики на рабочих станциях и в центрах обработки данных : автоматическое отключение простаивающего оборудования, настройки спящего режима, мониторинг потребления, консолидация неиспользуемых серверов, миграция в облако, когда это целесообразно, и развертывание масштабной виртуализации.

Все это сопровождается решениями в области инфраструктуры: эффективное охлаждение, использование возобновляемых источников энергии, датчики для регулирования освещения и кондиционирования воздуха, перепроектирование объектов для снижения потерь , а также планы профилактического обслуживания для поддержания оборудования в оптимальном рабочем состоянии.

Некоторые государственные администрации и компании, предоставляющие энергетические услуги, продемонстрировали, что энергетические аудиты и планы по улучшению энергоснабжения могут обеспечить значительную экономию средств , а также существенное сокращение выбросов CO2. Пересмотр уровня освещения, замена устаревшего оборудования, внедрение интеллектуальных систем управления и корректировка климат-контроля — это действия, которые, как правило, окупаются в короткие сроки.

Преимущества и проблемы внедрения «зеленых» информационных технологий

Помимо очевидной пользы для планеты, инициативы в области «зеленых» ИТ приносят ряд преимуществ для бизнеса, которые, при грамотном донесении до общественности, помогают обосновать инвестиции и организационные изменения . Первое — это экономия средств: меньшее потребление энергии означает снижение счетов за электроэнергию, а оптимизированная инфраструктура, как правило, требует меньше места и меньших затрат на отопление и кондиционирование воздуха.

Еще одно очевидное преимущество — повышение операционной эффективности: системы большего размера, меньшее количество простоев, связанных с перегревом, меньшее количество оборудования для управления и снижение сложности приводят к более стабильной и гибкой ИТ-инфраструктуре. Виртуализация, облачные технологии и оптимизированное хранилище сокращают время развертывания приложений и упрощают масштабируемость.

Также всё более важным становится репутационный компонент. Организации, демонстрирующие серьёзную приверженность технологической устойчивости, улучшают свой имидж, привлекают талантливых сотрудников и соответствуют ожиданиям потребителей, инвесторов и регулирующих органов . В некоторых секторах такая дифференциация может стать явным конкурентным преимуществом.

С точки зрения регулирования, многие юрисдикции переходят к более строгим экологическим нормам в отношении энергоэффективности, выбросов и управления электронными отходами . Предвидение этих изменений с помощью политики «зеленых» ИТ помогает избежать штрафов, упрощает соблюдение требований и позиционирует организацию как ответственного лидера.

Конечно, существуют и проблемы: первоначальные инвестиции, необходимость обучения, внутреннее сопротивление переменам и сложность надежного измерения истинного влияния ИКТ . Кроме того, существует риск «зеленого камуфляжа», если незначительные достижения представляются как крупные прорывы без решения лежащих в их основе проблем. Ключ к успеху заключается в постановке реалистичных целей, опоре на данные и постоянном совершенствовании.

Роль инноваций, ИИ и будущие тенденции.

Будущее «зеленых» информационных технологий неизбежно зависит от технологических инноваций, исследований новых материалов и архитектур, а также от интеллектуального использования искусственного интеллекта . В области аппаратного обеспечения миниатюризация стала движущей силой цифровой революции, но она также резко увеличила плотность энергии и, следовательно, создала проблемы с охлаждением.

Исследователи в области нанотехнологий работают над устройствами, способными хранить и обрабатывать информацию со значительно меньшим энергопотреблением , такими как магнитные нанопроволоки или новые типы чипов, которые могли бы работать без постоянного источника питания или с минимальными потерями. Хотя многие из этих решений все еще находятся на экспериментальной стадии, они открывают путь к принципиально более эффективным вычислениям.

С другой стороны, искусственный интеллект и машинное обучение используются для оптимизации использования ресурсов в режиме реального времени в центрах обработки данных, сетях и устройствах . Алгоритмы, которые прогнозируют рабочую нагрузку и регулируют частоты процессоров, отключают простаивающие узлы, перераспределяют задачи для более эффективного использования доступной энергии или динамически интегрируют возобновляемые источники энергии, уже стали реальностью в некоторых средах.

Интернет вещей (IoT) предоставляет датчики, измеряющие температуру, потребление энергии, присутствие людей и условия окружающей среды, что позволяет автоматически регулировать работу систем . В «умных» зданиях, например, эти данные объединяются с алгоритмами управления для снижения затрат на освещение, отопление и другие услуги без ущерба для комфорта.

Наконец, крупные технологические компании ставят перед собой амбициозные цели: работать исключительно на возобновляемой энергии, достичь климатической нейтральности или даже углеродной нейтральности в относительно короткие сроки. Это включает в себя перепроектирование центров обработки данных в соответствии с принципами циклической экономики, повторное использование компонентов, заключение долгосрочных контрактов на использование экологически чистой энергии, а также разработку более энергоэффективного программного обеспечения и моделей искусственного интеллекта.

В совокупности все эти элементы указывают на сценарий, в котором экологичные вычисления перестают быть необязательным дополнением и становятся ключевым критерием в планировании технологий, бизнес-стратегии и государственной политике . По мере того как климатические издержки цифровых технологий становятся все более очевидными, социальное, регуляторное и экономическое давление будет все сильнее подталкивать к моделям, в которых инновации и устойчивое развитие идут рука об руку.

Если эволюция «зеленых» ИТ-технологий и демонстрирует что-то очевидное, так это то, что технология — не враг, а инструмент, способный ускорить или замедлить климатический кризис в зависимости от того, как она проектируется, используется и управляется . Инвестиции в «зеленые», эффективные ИТ-решения, соответствующие принципам циклической экономики, не только снижают затраты и риски, но и позволяют компаниям, администрациям и отдельным лицам продолжать пользоваться преимуществами цифровых технологий, не нанося дальнейшего ущерба планете.

Связанная статья:

Концепция технологии: 7 революционных перспектив, которые изменят ваше мировоззрение