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Valutazione di Efficienza Energetica nei Centri di Elaborazione Dati (CED)Centri di Elaborazione Dati (CED)

Dott. Andrea QuintilianiDott.ssa Marta Chinnici

ENEA – Unità Tecnica ICTC.R. Casaccia (Roma)

“Energy & Security in Banca” Milano, 24 Settembre 2013

Indice

Scenario di riferimento: il settore ICT e l’efficienzaenergeticaP i i i ti i l ti i i C t i diPanoramica sui consumi energetici relativi ai Centri diElaborazione Dati: problematica ambientale edeconomicaeconomicaInefficienze ed incrementi di risparmio energetico neiCentri di Elaborazione DatiCe d abo a o e aScenario Europeo sul tema della normativa ICT perefficienza energeticagValutare l’efficienza energetica nei Centri diElaborazione Dati: metriche, metodologie, standard

2Energy & Security in Banca Milano, 24 Sett. 2013

Le ICT e l’efficienza energetica

Le ICT possono supportare la riduzione dei consumi energetici:di i d li ff i di i ll’ bi d ll d idiminuendo gli effetti diretti sull’ambiente della produzione, distribuzione, funzionamento e smaltimento delle ICT: • uso efficiente dell’energia ; fonti rinnovabili;uso efficiente dell 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

i i i t li i / di b i i i lservizi; virtualizzazione/ di beni e servizi; la dematerializzazione di attività ed interazioni umane;supportando effetti di sistema trasformazione di:supportando effetti di sistema trasformazione di: • comportamenti di individui come cittadini e consumatori• strutture economiche e sociali, processi di governance.


Gli effetti abilitanti

ICT tecnologia abilitante per favorire la penetrazione delle fonti rinnovabili e di adozione di comportamenti energeticamente efficienti: soluzioni smartnelle 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 dei media digitali;dei media digitali;Calcolo ad alte prestazioni (HPC): rappresentazioni numeriche di fenomeni e processi complessi (modellistica, simulazione), per applicazioni in campo scientifico e industrialescientifico e industriale. “Internet of things”: intersezione fra tecnologie delle reti e telecomunicazione, sistemi sensoristici ed embedded;A d i f i i i l i l i i di biliAccesso ad informazioni, 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)


ICT for Green… le ICT come soluzione

Le ICT costituiscono uno dei driver fondamentali per individuare nuovi modelli di efficienzamodelli di efficienza energetica

Fonte: AA, VV., A green Knowledge Society , 2009 5

Energy & Security in Banca Milano, 24 Sett. 2013

Gli effetti di sistema

Impatto che la diffusione delle tecnologie ICT ha sui comportamenti, sugli stili di vita e sui sistemi di valori dei cittadini e delle comunitàstili di vita e sui sistemi di valori dei cittadini e delle comunità.

Accesso all’informazione: Internet ha reso liberamente disponibili una tità i i t di i di t t’è h i d iquantità impressionante di risorse di conoscenza, tant’è che oggi uno 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 p g , ,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 amministrazionie delle amministrazioni


Green ICT & ICT for Green…ICT parte del problemaICT parte del problema

Il settore ICT costituisce una delle principali cause della crescita deiconsumi di energia Apparecchiature e servizi ICT sono responsabili di:consumi di energia. Apparecchiature e servizi ICT sono responsabili di:

8% del consumo di energia elettrica nella UE;4% della produzione di emissioni di CO2 (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.

Europa2005 2020 (senza riduzione per direttiva EuP)( p )

Consumo elettrico settore ICT (EU-25) [TWh]

214,5(8% del totale) 409,7

Consumo elettrico settore ICT 118 6 245 1esclusa “customer electronics”(EU-25) [TWh]

118,6(4,3% del totale)

245,1(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”

Composizione dei costi di un CED

• Nel corso degli ultimi anni si è fortemente modificata la composizione deicosti di un CED.

• I costi energetici crescono più velocemente di tutti gli altri costi


Componenti energivore di un CED

P ti i tit ti il i t l “CED”Parti energivore costituenti il sistema complesso “CED”:

IT Equipment, che comprende server, dispositivi di storage e di network,q p p p gdesktop, monitor, stampanti, ecc … per l’elaborazione ed il trattamento deidati;

Sistemi di alimentazione o che garantiscono continuità e qualità elettrichealle apparecchiature IT quali unità UPS (Uninterruptible Power Supply o gruppidi 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 coolingSistemi Ausiliari che comprendono gli impianti di raffreddamento o coolingdella sala, l’illuminazione, sistemi di sicurezza come quelli antincendio e quellia garanzia della continuità elettrica (gruppi elettrogeni).


Consumi elettrici nei CED

Consumi elettrici nei CED:• 40% dell’energia totale è assorbita dagli impianti di raffreddamento40% dell 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 POWER60%60%


Efficienza Energetica nei CEDValutazioneValutazione

P li i t t di ffi i ti i CED il iPer realizzare un intervento di efficienza energetica in un CED, il primopasso è quello di misurare il consumo di energia: raccolta dei dati econfronto con parametri standard per la comprensione dei consumi

EFFICIENZA ENERGETICAEFFICIENZA ENERGETICA

Sul tema sono in corso attività (a livello europeo e internazionale) cheruotano, con diversi approcci e da diverse prospettive attorno al tema dicodifica di metriche di prestazione e di definizione di Best Practices diprogettazione e gestione dei CED


Efficienza Energetica nei CEDBuone Pratiche

Macro-aree: tipologie di intervento sulle quali agire per migliorareMacro aree: tipologie di intervento sulle quali agire per migliorarel’efficienza energetica dei CED:

Facility e relative infrastrutture di servizio: aspetti edilizi, sistemaHVAC ed impianto di distribuzione dell’energia elettrica;Sistema IT: hardware, software e modalità di gestione;, g ;Relazione fra edificio in generale e gli ambienti in cui è ospitato ilCED, (esempio: reimpiego del calore una volta estratto dalle saleapparati)apparati).

Micro-aree: logica di aumento di efficienza del singolo componente (adesempio i processori, i dischi, l’UPS o la singola macchina frigorifera)


Efficienza Energetica nei CEDBuone Pratiche: Sistemi IT

Efficienza dei Sistemi IT

Buone Pratiche: Sistemi IT

Efficienza dei Sistemi IT

Prevedere il caricoil sovradimensionamento può portare a inefficienze nel sistemaelettrico e meccanico

Controllare il caricoControllare il caricoServer più efficienti

efficienza di alimentazionemodalità a basso consumoraffreddamento a liquido

S ft iù ffi i ti (Vi t li i )Software più efficienti (Virtualizzazione, ...)Approcci scalabili ed implementazione modulare


Efficienza Energetica nei CEDBuone Pratiche: Virtualizzazione

Virtualizzazione: tecnica che consente di avere all'interno di una macchina fisicadiversi “server virtuali” ognuno dei quali ha sistemi operativi specifici per le

Buone Pratiche: Virtualizzazione

diversi server virtuali , ognuno dei quali ha sistemi operativi specifici per lefunzioni che dovrà svolgere.Risultati: riduzione dei consumi energetici, in quanto permette il consolidamento

ffdi alcune macchine, con tempi di ritorno dell'investimento brevi, sebbene difficili daquantificare in quanto legati alla configurazione del sistema da virtualizzare.Vantaggi:gg

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 CEDmaggiore spazio a disposizione del CED.


Efficienza Energetica nei CEDBuone Pratiche: VirtualizzazioneBuone Pratiche: Virtualizzazione

Svantaggi:La virtualizzazione, sfruttando al massimo le potenzialità dei server, porta alla

formazione di punti caldi all'interno della salaformazione di punti caldi all interno della salanecessario prevedere opportuni sistemi di raffreddamento puntuale sui

server che contengono le macchine virtuali.


Efficienza Energetica nei CEDBuone Pratiche: Cloud Computing

Cloud Computing: insieme di tecnologie che consentono all’utente finale di

Buone Pratiche: Cloud Computing

p g gutilizzare piattaforme di calcolo e archiviazione, servizi e applicazioni softwaregestiti da un provider remoto (esterno o interno all’azienda).

Saas (Software as a Service) - Utilizzo di programmi installati su un serverSaas (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 eccessere costituita da diversi servizi, programmi, librerie, ecc.IaaS (Infrastructure as a Service) - Utilizzo di risorse hardware in remoto (affine a Grid Computing)

Vantaggi:fRiduzione dei costi energetici: ottimizzazione dello sfruttamento delle capacità

di elaborazione disponibiliRiduzione degli altri costi connessi all’operatività di un CED (apparecchiature,g p ( ppimpianti, ecc.)


Efficienza Energetica nei CEDBuone Pratiche

Code of Conduct: DG-JRC(2008) propone linee guida

Buone Pratiche

( ) p p graccomandazioni e buonepratiche in materia diprogettazione, acquisto efunzionamento in settori quali

Energy star: promuoverel’etichettatura volontaria didispositivi informatici dafunzionamento in settori quali

software, architettura einfrastruttura IT ai finidell’efficienza energetica nei

dispositivi informatici daufficio che rispondono adeterminati parametri diEE.g

CED


Efficienza Energetica nei CEDMetriche

Problema: Valutarel’efficienza energetica nei

Metriche

Mancanza di processi

standard di misura

gCED

PROBLEMATICA

Valutare l’efficienza Energetica nei CED

Mancanza di KPI

Mancanza di Benchmarks

Target: adottare (nel settoreICT CED) metodologie diICT-CED) metodologie dimisurazione comuni pervalutare le performanceenergetiche e le emissioni di

Mancanza di metriche

gas serra.



“If you can't measure it, you can't improve it”

Metriche

Green Grid: è un consorzio globale di società, organizzazioni governative ed enti accademiciche si dedica all’efficienza energetica dei CED e degli ecosistemi IT

= Total Facility Energy Consumption/= Total Facility Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption

P U Eff ti è il t t l’ i t t l tili t d i DC l’ iPower Usage Effectiveness è il rapporto tra l’energia totale utilizzata dai DC e l’energiaerogata alle apparecchiature informatiche quanta energia viene effettivamente utilizzatadalle 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 daiservizi.



Data center Infrastructure Efficiency (DciE)

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 parametroutilizzato 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

consumataconsumata



Es: Livello di

Total Facility Power = 240 kWIT Equipment Power = 147 kW

PUE DciE Livello di efficienza

PUE = Total Facility Power / IT Equipment Power= 240 / 147 = 1,63

3.0 33% Molto inefficiente

2 5 40% InefficienteQuite good!

2.5 40% Inefficiente

2.0 50% MedioDCIE = 1 / PUE = IT Equipment Power / Total Facility Power x 100%1.5 67% Efficiente

DCIE = 1 / 1,63 = 147 / 240 x 100% = 61,25% (circa 61%)

1.2 83% Molto efficiente

(Fonte: The Green Grid)21


Efficienza Energetica nei CEDEsempi

ValorePUE medio per tutti i data center di Google

Esempi


Fonte: Google

Facebook energy dashboard


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Efficienza Energetica nei CEDMetriche: Task Force

Principi guida concordati: per affrontare le incongruenze nell'uso

Metriche: Task Force

Principi guida concordati: per affrontare le incongruenze nell usodelle metriche, negli USA un gruppo di manager provenientidall'industria si è riunito il 13/1/2010 per accordarsi sulle misurazionidell’efficienza energetica dei data center, le metriche e le convenzionidell efficienza energetica dei data center, le metriche e le convenzioniper 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 EnergyM t P U S E i t l P t ti A ’Management Programs, U.S. Environmental Protection Agency’sENERGY STAR Program, U.S. Green Building Council, and UptimeInstitute

• Il Power Usage Effectiveness (PUE), utilizzando l’energia primaria, è lametrica preferita per valutare l’efficienza nei CED, ma non è l’unica.et ca p e e ta pe a uta e e c e a e C , a o è u ca


Efficienza Energetica nei CEDLimiti del PUE

Anche se il PUE è la metrica preferita dai più non è sempre laAnche 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 serverEs: CED con 100 server

Total Facility Energy Consumption = (100 + 50) KWh

Es: CED con 50 server

Total Facility Energy Consumption = (50 + 50) KWh(100 + 50) KWh

IT Equipment Energy Consumption = 100 KWh

(50 + 50) KWh

IT Equipment Energy Consumption = 50 KWh100 KWh

PUE = 1.5

KWh

PUE = 2


Efficienza Energetica nei CEDLimiti del PUE

Anche se il PUE è la metrica preferita dai più non è sempre laAnche 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 =Total Facility Energy Consumption (100 + 50) KWh

IT Equipment Energy Consumption =

Total Facility Energy Consumption (100 + 50) KWh

IT Equipment Energy Consumption = q p gy p100 KWh

Work done= 150 000 ops

q p gy p100 KWh

Work done= 300 000 opsWork done= 150,000 ops

PUE = 1.5

Work done= 300,000 ops

PUE = 1.5


Efficienza Energetica nei CEDSintesi delle varie iniziative

USA EUROPE ASIA

The Green European Code ofAsia

JGridEuropean Code of

Conduct Japan(Jeti, TGG)

DoE

LBNL

CEMEP

BCSEUROPA: Non èpresente un quadrotecnico normativo

ASHRAE

EPA

BREAM

tecnico normativoper quanto riguardametriche emetodologieEPA

LEED

CENELEC-BT 132.3

Stand.

gstandard da adottarenel caso dei CED

OTHERS


Efficienza Energetica nei CEDAttività Normative

Attività europee ed internazionali CENELEC (BTWG 132 3 Green DataCENELEC (BTWG 132-3 Green DataCenter) ed il comitato tecnico EEDC“Energy Efficiency of Data Centers”,facente parte del JTC1 “Informationand tecnology standards” (comitatotecnico congiunto) – stanno lavorandoinsieme per la definire una Roadmapnormativa articolata su 3 livelli:normativa articolata su 3 livelli:

1.standardizzazione di metriche basatesu KPIs, algoritmi che possano definiremodelli di business interventi chemodelli di business, interventi chebilancino l’uso di soluzioni e prodotti

2.Infrastrutture e metodi di misurazionedell’ EE a supporto dei KPIdell EE a supporto dei KPI

3.Standardizzazione dei prodotti

Fonte: Gestione energia, FIRE 2011



ANSI/TIA/EIA-942 Data CenterD i G id li d St t dDesign Guidelines and StructuredCabling Standards

costituisce il primo riferimento per lastandardizzazione delle infrastruttureper le telecomunicazioni e questanorma è applicabile ad ogni tipologianorma è applicabile ad ogni tipologiadi CED

il tema dell’EE è affrontatomarginalmentemarginalmente

ASHRAE (2010-11): pubblica lineeguida per i parametri di temperatura eumidità negli ambienti dedicatiall’elaborazione datiall elaborazione dati

Fonte: Gestione energia, FIRE 2011



CENELEC TC 215“Electrotechnical aspects ofElectrotechnical aspects oftelecommunicationequipment”ha avviato il lavoro su una serieha avviato il lavoro su una seriedi norme (EN 50600 –Information technology - Datacentre facilities andi f t t ) l t d llinfrastructures) sul tema dellestrutture ed infrastrutture deiCED:

metodi di misurazione deiparametri per determinarel’EEl EE

strumenti e risorsenecessarie per lamisurazione di tali parametrimisurazione di tali parametri

Fonte: Gestione energia, FIRE 2011 30Energy & Security in Banca Milano, 24 Sett. 2013

ENEA: Certificati Bianchi

Sistema dei certificati bianchi: noti come Titoli di Efficienza Energetica (TEE) sono titolinegoziabili che certificano il conseguimento di risparmi energetici negli usi finali di energia

i i i di i di ffi i iattraverso interventi e progetti di incremento di efficienza 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 del20 l li 2004 (d 20/7/04 l tt i ità d 20/7/04 i difi i i)20 luglio 2004 (d.m. 20/7/04 elettricità, d.m. 20/7/04 gas e successive modificazioni)

per il rilascio dei certificati bianchi: possono presentare progetti le imprese distributrici dienergia elettrica e gas con più di 50.000 clienti finali (“soggetti obbligati”), le societàcontrollate da tali imprese le società operanti nel settore dei servizi energetici le impresecontrollate da tali imprese, le società operanti nel settore dei servizi energetici, le impresee gli enti che si dotino di un energy manager o di un sistema di gestione dell’energia inconformità alla ISO 50001

ENEA: predispone schede tecniche per la quantificazione dei risparmi di energiaprimaria espressi in Tonnellate Equivalenti di Petrolio (TEP)

http://www.efficienzaenergetica.enea.it

GSE: l'attività di gestione, valutazione e certificazione dei risparmi correlati a progetti diefficienza energetica condotti nell’ambito del meccanismo dei certificati bianchi

http://www.gse.it


ENEA: Certificati Bianchi

L’ENEA nell’ambito delle attività della "Ricerca di Sistema elettrico” (Accordo diprogramma: Ministero dello Sviluppo Economico) sta lavorando alla definizione di una

d ili bil l l il i i i i CED ( iprocedura utilizzabile per calcolare il risparmio energetico nei CED (ottenuto a seguitodegli 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 unaSono incentivabili solo interventi che conseguano risultati migliori rispetto ad unabaseline (valore medio di riferimento)

Tenuto conto della rapida evoluzione delle apparecchiature di calcolo sarà necessarioadottare una baseline di tipo variabileadottare una baseline di tipo variabile

La frazione incentivabile va calcolata a parità di potenza di calcolo


Progetto Europeo DC4Cities (FP7)

La Commissione Europea ha approvato numerosi progetti sul temadell’EE nei CED (Call Smart Cities del 7°Programma Quadro)

Progetto: DC4Cities – “Environmentally sustainable data centres forSmart Cities”: sviluppo di soluzioni finalizzate all’ottimizzazionedell’operatività dei CED (esistenti) puntando alla minimizzazione deidell operatività dei CED (esistenti) puntando alla minimizzazione deiconsumi 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 delsenza modificarne la logistica e senza avere impatti sulla qualità delservizio fornito agli utenti. Il progetto prevede lo sviluppo di nuovemetriche, benchmark e processi di misura che saranno proposti per ladefinizione di nuovi standarddefinizione di nuovi standard


Progetto Europeo DC4Cities (FP7)

Compagine:Freemind Consulting, Belgio (coordinatore),Università di Mannheim, Germania,Hewlett Packard Italiana S.r.l.,U i ità di P G iUniversità di Passau, Germania,Centro CREATE-NET, Trento,ENEACESCA Centro Servizi Scientifici e Accademici di Catalogna SpagnaCESCA Centro Servizi Scientifici e Accademici di Catalogna, Spagna,INRIA, Francia,Gas Natural SDG SA, Spagna,Istituto Municipale d’Informatica di Barcellona SpagnaIstituto Municipale d Informatica di Barcellona, Spagna.

Trials: utilizzo di fonti di energia rinnovabili1 Trento1. Trento2. Barcellona

ENEA: sviluppo di nuove metriche, benchmark e processi di misura ches uppo d uo e et c e, be c a e p ocess d su a c esaranno proposti per la definizione di nuovi standard


Grazie per l’attenzione

and ea q intiliani@enea [email protected]

[email protected]


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