Resultaten SURFnet innovatieregeling
Software Energy Footprint Lab (SEFlab) Naar toepassing van energiezuinige softwareapplicaties
Hogeschool van Amsterdam | Domein Techniek | CleanTech onderzoeksprogramma 5 december 2012
Auteurs: Bo Merkus (
[email protected]), Eric Hoekstra (
[email protected]), Robert van den Hoed (
[email protected])
Inhoudsopgave 1.
Introductie ....................................................................................................................................... 2
2.
Professionalisering van meetopstelling en testprotocol ................................................................. 3
3.
2.1.
Energieverbruik servercomponenten ..................................................................................... 3
2.2.
Data-acquisitie ......................................................................................................................... 6
2.3.
Ontwikkeling van een lab handleiding .................................................................................... 9
2.4.
Error analysis ......................................................................................................................... 10
Doorrekening van softwareapplicaties ......................................................................................... 11 3.1.
Proof-of-concept ................................................................................................................... 11
3.2.
Browser vergelijking .............................................................................................................. 11
3.3.
Methode ................................................................................................................................ 13
3.4.
Resultaten.............................................................................................................................. 14
3.4.1.
Systeem idle .................................................................................................................. 14
3.4.2.
Koude browser start ...................................................................................................... 16
3.4.3.
Warme browser start .................................................................................................... 17
3.4.4.
Nieuwssite ..................................................................................................................... 18
3.4.5.
Acid3 benchmark ........................................................................................................... 19
3.5. 4.
5.
6.
Conclusies .............................................................................................................................. 19
Stakeholder-analyse ...................................................................................................................... 21 4.1.
Belang efficiënte software voor IT afdeling HvA/UvA ........................................................... 21
4.2.
Belang efficiënte software voor datacenters en hosting providers ...................................... 22
4.3.
Belang efficiente software voor software-ontwikkelaars, -consultants en -certificeerders . 23
4.4.
Inzet SEFLab in onderwijs ...................................................................................................... 24
4.5.
Conclusie ............................................................................................................................... 25
Disseminatie van resultaten .......................................................................................................... 26 5.1.
Bezoekers SEFLab .................................................................................................................. 26
5.2.
Presentaties ........................................................................................................................... 26
5.3.
Workshop Knowledge Network Green Software (KNGS) ...................................................... 27
Conclusie ....................................................................................................................................... 29
1
1. Introductie In dit rapport worden de resultaten besproken van het projectvoorstel “Software Energy Footprint Lab” in het kader van de innnovatieregeling ICT & Duurzaamheid uitgegeven door SURFnet. Het project heeft voortgebouwd op de samenwerking tussen de Hogeschool van Amsterdam en de Software Improvement Group (SIG) waarin het Software Energy Footprint Lab (SEFLab) is opgericht 1,2. Dit onafhankelijke meetlab is uniek in Nederland en stelt onderzoekers in staat met een combinatie van geavanceerde technieken in een gecontroleerde omgeving een gedetailleerd beeld van het energieverbruik van de hardware n.a.v. software-gebruik te meten. Binnen het project stonden vier activiteiten centraal: 1.Professionalisering van meetopstelling en testprotocol binnen het SEFLab, waarbij een slag van de huidige handmatige meetopstelling naar een geautomatiseerd meetsysteem is gerealiseerd 2. Concrete doorrekening van twee softwareapplicaties als cases, welke in samenspraak met relevante IT-afdeling binnen de HVA/UVA (deelnemend als partner) worden geselecteerd. Beoogd duurzaam effect: inzicht in het energieverbruik van software, bijdragend aan aanschaf van energiezuiniger software. 3. Gegeven de diverse belanghebbenden binnen hogescholen voor de vergroening van software, wordt in samenwerking met de IT-afdeling een (interne) stakeholder-analyse uitgevoerd. Beoogd duurzaam effect: beter inzicht in manieren om relevante stakeholders te overtuigen om energiezuinige software aan te schaffen. 4. Disseminatie van resultaten naar een breder publiek van kennisinstellingen en geïnteresseerde organisaties Op basis van de doorrekening van de softwareapplicaties en de stakeholder analyse zou in samenwerking met de IT-afdeling een vertaalslag naar een business case voor de aanschaf van groene software worden gedaan. Dit laatste is niet mogelijk gebleken, deels doordat de meetgegevens zich nog in deze fase nog niet makkelijk laten vertalen naar kWh en daarmee naar kosten, en deels omdat de samenwerking met de IT-afdeling van de HvA beperkt is geweest (m.n. omdat duurzaamheid een lagere prioriteit heeft gekregen binnen de afdeling). Verder heeft dit geleid tot een tweetal wijzigingen in het project. Ten eerste, is de onderzochte software niet in afstemming met de IT-afdeling gekozen. Omdat het de eerste resultaten van het project betreft is gekozen voor een software dat bij een breed publiek bekend is. Er zijn daarom vijf browsers onderzocht in plaats van twee andere concurrerende pakketten. Ten tweede, is de focus van de stakeholder analyse die in samenwerking met de IT -afdeling zou worden uitgevoerd verbreed met een externe stakeholderanalyse. Er is het afgelopen half jaar veel externe belangstelling geweest voor het SEFLab en hebben dit momentum gebruikt om de verschillende belangen van geïnteresseerden in het lab in kaart te brengen. Daarnaast zijn gesprekken binnen de IT-afdeling van de HvA gevoerd om inzicht te krijgen in de interne belangen. 1 2
http://www.automatiseringgids.nl/nieuws/2012/07/nederland-heeft-eerste-software-meetlab http://www.computerweekly.com/blogs/greentech/2012/03/i-recently-wrote-a-piece.html
2
2. Professionalisering van meetopstelling en testprotocol Bij de start van dit project waren twee servers op rudimentaire basis uitgerust met uitleesapparatuur om energieverbruik van de diverse componenten binnen de server te meten. Hoewel de werkbaarheid hiermee was aangetoond was direct duidelijk dat een meer professionele meetsystematiek zou moeten worden opgezet, bijvoorbeeld om hoge mate van nauwkeurigheid te bereiken, om meer meetgegevens te verzamelen (hogere samplerate) en dataverzameling meer te automatiseren. Dit project heeft deze professionaliseringsslag mogelijk gemaakt, waarbij ook is gewerkt aan een testprotocol voor het uitvoeren van nauwkeurige metingen. Activiteiten zijn uitgevoerd door twee E-tech afstudeerders Vincent Tseng en Marco van Veen, afgestudeerd in juli en augustus 2012, die onder begeleiding van SIG en twee CleanTech onderzoekers advies hebben gegeven over de meetmethode en meetprocedure van het SEFLab. Hierin zijn twee typen servers onderzocht, waarbij elke student één server voor zijn rekening heeft genomen: de Dell PowerEdge SC1425 en de Sun Fire X4100. Het advies over het ontwerp van de meetopstelling is gedeeltelijk geïmplementeerd door de studenten zelf, daarnaast is één van de studenten aangenomen als HOIO (HBO onderzoeker in opleiding) en is in augustus 2012 een derde afstudeerder, Bram Visser. gestart (verwachte afstudeerdatum januari 2013). De HOIO heeft naast het implementeren van het adviezen uit de afstudeerrapporten, ondersteuning gegeven bij het management van het lab en een lab manual opgesteld. De derde afstudeerder heeft tevens een deel van de implementatie uitgevoerd van het advies van de eerste twee afstudeerders en o.a. een error analyse uitgevoerd. Als basis voor dit hoofdstuk dienen de drie afstudeerrapporten van de betrokken studenten. Voor meer informatie over deze rapporten kan contact opgenomen worden met de eerste auteur van dit rapport. Vragen welke in het kader van dit project zijn onderzocht: -
Welke componenten zijn nuttig om te meten rekening houdend met de relatie tot het totale energieverbruik en de resources die de software vragen? Hoe ziet het data-acquisitiesysteem er uit? Hoe kan de stroom gemeten worden die naar een component stroomt zonder de schakeling of de meting te beïnvloeden? Hoe ziet een lab handleiding er uit voor het gestructureerd en herhaalbaar nauwkeurig meten? Wat is de maximaal toelaatbare fout in de metingen, wat zijn de oorzaken van de fouten en hoe kunnen deze verholpen worden?
2.1. Energieverbruik servercomponenten Het SEFLab heeft twee typen servers ter beschikking waar op componentniveau stroom en spanningsmetingen kunnen worden verricht; een Dell PowerEdge SC1425 en een Sun Fire X4100. In tabel 1 3 zij de specificaties van de Dell PowerEdge weergegeven.
3
Dell PowerEdge SC 1425 Server. Dell. 2005
3
Tabel 1. SpecificatiesDell PowerEdge SC1425
Dell PowerEdge SC1425
- Hitachi-LG DVD-ROM Drive 8X IDE; - Dual embedded Intel Gigabit NIC PRO/1000 MT adapters; - Dell power Supply Unit 450W. - 1x Maxtor 7L250S0 250GB SATA150 HDD; - 1x Western Digital 250GB 1” SATA 7200RPM HDD; - 2x Dell 1GB DDR2-400 SDRAM Memory.
- 2x Intel® Xeon™ CPU’s, 3.2GHz, 2 MB L2cache, front-side bus speed 800MHz; - 6x Infineon 1GB DDR2-333 SDRAM Memory; - Embedded ATI Radeon® 7000-M with 16MB SDRAM; - Intel E7520 chipset; - 2x Maxtor 7L250S0 250GB SATA150 HDD;
De servers zijn uit elkaar gehaald; en op basis van analyse zijn de locaties van de belangrijkste componenten van de servers vastgesteld en gelabled (zie als voorbeeld de Dell in figuur 2). Veel werk heeft gezeten in het vaststellen van de locaties van de voedingslijnen die deze componenten voeden en deze zijn proefondervindelijk vastgesteld. Om het complete energieverbruik van de server te meten is het derhalve van belang om het energieverbruik van deze 12-14 componenten (als energieverbruiker) te meten. Om het energieverbruik van de verschillende hardwarecomponenten te kunnen meten is eerst onderzocht waar de meetsensoren geplaatst kunnen worden. Hiertoe is onderzocht welke hardwarecomponenten met welke voedingslijn gevoed worden. Figuur 2 geeft een overzicht van de PSU uitgangsvoltages naar de hardwarecomponenten (Dell computer). Hierbij zijn vier verschillende voltage nivo’s zijn waargenomen: 3,3 VDC, 5VDC, 12 VDC en 3,3VSB.
4
Figuur 1. Overzicht van de PSU uitgangsvoltages naar de hardwarecomponenten
Om een indicatie te geven van het aandeel van de verschillende componenten in de totale energieconsumptie van de server is het energieaandeel van de verschillende servercomponenten onderzocht, zie figuur 2.
Figuur 2. Het aandeel van de verschillende powerlines in het totale energieverbruik (Dell server)
Het grootste aandeel in het energieverbruik hebben de processors met 66%. De andere 12V lijnen verbruiken 23% van de energie. De op deze voedingslijn aangesloten componenten zijn de harddisk, het geheugen en de ventilatoren. De 5V lijn verbruikt 14% van de energie. Hiermee worden de chipset en een deel van de videokaart gevoed. Overige percentages komen voor rekening van de 3,3V (6%) en de 3,3VSB lijn (2%).
5
250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 CPU
Memory
HDD
Fan
Total
Figuur 3. Idle (blauw) en load (rood) energieverbruik van de belangrijkste hardwarecomponenten (Sun server)
Om inzicht te krijgen in het daadwerkelijke energieverbruik (in Watt) van de hardwarecomponenten is gebruik gemaakt van het programma stresslinux version 64bit_11.4.x86_64-0.7.106. Dit programma maakt het mogelijk micro benchmarks uit te voeren en verschillende componenten maximaal te belasten. Figuur 4 laat het energieverbruik van de belangrijkste hardwarecomponenten in de server zien: harddisk, processors en het werkgeheugen. Voor een compleet overzicht zie het pdf bestand van het afstudeerrapport van Vincent Tseng en Marco van Veen zoals bijgevoegd bij dit rapport . Het totaal maximaal gemeten energieverbruik licht rond de 230 W in idle. Omdat de componenten na gelijkrichting en transformatie van de power supply unit zijn gemeten moeten hier nog verliezen bij opgeteld worden van ongeveer 30%, waardoor het totaal verbruik rond de 330 W ligt. Om tijdens de componentmetingen ook het totale energieverbruik van de server te kunnen meten wordt gebruik gemaakt van de Wattsup Pro 4. Dit is een power meter die in vergelijkbaar onderzoek gebruikt wordt 5. Er kan geconcludeerd worden dat de belangrijkste kanalen om te meten de processoren, het werkgegeheugen, de harddisks en de ventilatoren zijn waarbij een aanzienlijk verschil in idle en load scenario’s gevonden is.
2.2. Data-acquisitie Om spanning- en stroommetingen te kunnen verrichten is een methode ontwikkeld om tot maximaal één miljoen keer per seconde de stroom en spanning te samplen op de verschillende kanalen uittabel 1. Om de metingen betrouwbaar te doen zijn laagdoorlaatfilters ontwikkeld waardoor hoogfrequente ruis van interne (bijv. de processor) en externe bronnen (bijv. ruis van het elektriciteitsnet en TLverlichting) geen invloed heeft op de metingen. 4
https://www.wattsupmeters.com Procaccianti G., Vetro' A., Ardito L.,Morisio M. (2011) Profiling Power Consumption on Desktop Computer Systems. Lecture Notes In Computer Science, vol. 6868.
5
6
De stroommetingen worden verricht door middel van het samplen van de spanning over een shunt weerstand die in de voedingslijn wordt geplaatst. De voedingsspanning daalt minder dan 1% door deze aanpassingen. Dit is ruim binnen de toegestane marge van + /- 5%. De shut-weerstandswaardes van alle kanalen zijn te vinden in tabel 1. Naast de stroommeting wordtde spanning per kanaal ook gemeten. Tabel 2. Meetkanalen met bijbehorende shunt-weerstanden.
Component CPU 1 CPU 2 MB 3,3 MB 3,3VSB MB 5V MB 12V HDD 1 5V HDD 2 5V HDD 1 12V HDD 2 12V CPU fan 1 CPU fan 2 CPU fan 3 CPU fan 4 Casing fan
Rshunt (Ω) 0,015 0,015 0,015 0,025 0,01 0,02 0,050 0,050 0,25 0,25 2,2 2,2 2,2 2,2 0,12
Aan de hand van de gemeten spanning op de voedingslijn (Uv), de spanning over de shunt-weerstand (Usense) en de waarde van de shunt weerstand (Rsense) kan de stroom door het kanaal (IC) en het bijbehorende elektrisch vermogen (P) in Watt berekend worden. Hiervoor worden de volgende formules gehanteerd: , De filtercircuits, shunt weerstanden en connectors naar het data-acquisitiesysteem zijn per te meten servercomponent geassembleerd op een sensorbord. Een voorbeeld van het elektrisch schema , het printplaat ontwerp en de geassembleerde printplaat is weergegeven in figuur 4.
7
Figuur 4. Van elektrisch schema naar geassembleerde printplaat
Het samplen van beide spanningen-(Uv en Usense) wordt door twee data-acquisitie systemen (DAQ’s) uitgevoerd. De samples worden ingelezen en nabewerkt op een meetcomputer uitgerust met de meetsoftware Labview. De gebruikte DAQ’s zijn de National Instruments USB 6356 6 en USB 6363 7, zie tabel 3 voor de specificaties. Tabel 3. Specificaties DAQ’s
NI USB 6356
NI USB 6363
- 8 simultaneous analogue inputs at 1.25 MS/s/channel with 16-bit resolution; 10 MS/s total AI throughput; - Deep onboard memory (32 or 64 MS) to ensure finite acquisitions, even with competing USB traffic; - Two analogue outputs, 3.33 MS/s, 16-bit resolution; - 24 digital I/O lines (8 hardware-timed up to 1 MHz); - Four 32-bit counter/timers for PWM, encoder, frequency, event counting, and more; - Advanced timing and triggering with NISTC3 timing and synchronization technology.
- 32 analogue inputs, 2 MS/s 1-channel, 1 MS/s multichannel; 16-bit resolution; - Four analogue outputs, 2.86 MS/s, 16-bit resolution; - 48 digital I/O lines (32 hardware-timed up to 1 MHz); - Four 32-bit counter/timers for PWM, encoder, frequency, event counting, and more; - Advanced timing and triggering with NISTC3 timing and synchronization technology.
6
NI USB-6356. National Instruments. [Online] [Cited: 5 24, 2012.] http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/209075. 7 NI USB-6363. National Instruments. [Online] [Cited: 5 29, 2012.] http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/209074.
8
De meetopstelling bestaat uit twee delen: Een testopstelling van een Dell of SUN server (in de toekomst worden meerdere servertypen toegevoegd) waarvan de voedingslijnen lopen via een sensorboard met shunt-weerstanden en filters. De server draait de te testen software en verzamelt prestatieparameters (processorbelasting, geheugen gebruik, etc.) van het besturingssysteem. De DAQ’s meten de spanningen op het sensorbord met een sample rate tot 1 Ms/s en sturen de meetdata door naar de meet PC waarop de data wordt opgeslagen. Een schematisch overzicht en foto van de complete meetopstelling zijn te vinden in figuur 5.
Figuur 5. Schematisch overzicht (links) en een foto van de van de meetopstelling (rechts)
2.3. Ontwikkeling van een lab handleiding De SEFLab handleiding bevat alle benodigde informatie voor het werken in en rondom het lab. Het is in de eerste plaats geschreven voor nieuwe studenten, maar ook voor docenten, partners en geïnteresseerden die in het lab metingen willen verrichten. Het doel van de handleiding is het verschaffen van de benodigde informatie om onderzoek te doen binnen het lab. De handleiding gaat in op de huisregels, beschikbare apparatuur en terminologieën. Daarnaast wordt de werking van de meetopstelling uitvoerig besproken. Allereerst wordt de totstandkoming van de meetopstelling uitgelegd, waarna er dieper op de verschillende onderdelen van de opstelling wordt ingegaan. Onder andere het printplaatontwerp, de gebruikte apparatuur en de aansluiting met de DAQs komen aan bod. Tot slot wordt er een stappenplan aangeboden die gebruikt kan worden voor het uitvoeren van basale metingen. Dit stappenplan dient als uitgangspunt, waarna de gebruiker zelfstandig de talloze mogelijkheden van de meetopstelling kan beproeven. Een eerste versie van labhandleiding is opgesteld door Vincent Tseng en wordt aan eenieder ter beschikking gesteld die werkzaam is in het SEFLab.. Naarmate het SEFLab zich verder ontwikkeld wordt de handleiding bijgewerkt. 9
2.4. Error analysis De error analysis is uitgevoerd om te bepalen wat de mogelijke fouten en beperkingen zijn van SEFLab. Hierbij is gekeken naar drie belangrijkste onderdelen van de meetopstelling. Dit zijn de shunt-weerstanden om de stroom te meten, de laagdoorlaatfilters en de DAQ’s. De analyse is uitgebreid beschreven in het afstudeerrapport van Bram Visser. Voor de shunt-weerstanden is gekeken of ze maar maximaal 1% van het vermogen ontrekken aan het systeem en hoe groot de foutmarge is die wordt gegenereerd door de maximale afwijking van de shunt-weerstanden. Voor de filters is gekeken in hoeverre de filters overeen komen met de theoretische bepaalde waardes en wat voor invloed de filters hebben op de signalen van de server, specifiek in het hoge frequentie bereik. Bij de DAQ’s is gekeken naar wat de limitaties van de gekozen DAQ’s is en de impact die het heeft op de opstelling als geheel. Uit het uitgevoerde onderzoek kon het volgende worden geconcludeerd: •
Alle shunt-weerstanden ontrekken rond de 1% van het vermogen. Sommige ontrekken tot 1.4% van het vermogen. Deze shunt-weerstandwaardes worden nog aangepast.
•
De error margin van de sense-weerstanden is 1%. Het meten van deze fout is niet mogelijk door de lage shunt-weerstandwaardes in combinatie met de omgevingsruis. De filters voldoen aan de gestelde eisen. Omdat de gebruikte componenten in het filter allen een eigen foutmarge hebben ontstaat is er een kleine lineaire onnauwkeurigheid, deze onnauwkeurigheid is niet waarneembaar in de meetdata.
•
Het kleinste voltageverschil dat de DAQ’s kunnen meten is 0,3 milliVolt. Dit is voldoende nauwkeurig voor het gebruik binnen het SEFlab.
Aan de hand van deze gegevens kan worden vastgesteld dat de opstelling voldoet aan de gestelde parameters en dat de totale fout van het systeem niet boven de 1% is.
10
3. Doorrekening van softwareapplicaties Het Software Energy Footprint Lab (SEFLab) maakt het mogelijk het energieverbruik van een server op componentniveau te meten. Spanning- en stroommetingen kunnen tot 1 miljoen keer per seconde gemeten worden waardoor zeer gedetailleerd processen in de server op energiegebruik te beoordelen zijn. In het kader van dit project zijn twee test uitgevoerd: (i) een proof-of-concept browser test, en (ii) een meer uitgebreide vergelijking tussen 5 verschillende browsers.
3.1. Proof-of-concept Als proof-of-concept is een test uitgevoerd waarin het processor-energieverbruik bij het opstarten van drie internet browsers met elkaar is vergeleken. Er is gekeken naar het energieverbruik van een koude start (opstarten na een reset) en een warme start (opstarten wanneer de browser al eerder is opgestart). Uit de resultaten van deze test bleek dat het energieverbruik van de processoren van de Dell server relatief gezien het laagste is bij het opstarten van Internet Explorer ten opzichte van Chrome en Firefox, zie figuur 6.
IE 9 cold IE 9 warm Firefox 17 cold CPU1
Firefox 17 warm
CPU2
Chrome 23 cold Chrome 23 warm 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
% power (Chrome as reference) Figuur 6. Relatief energieverbruik van de processoren bij een koude en warme start van Firefox, Internet Explorer en Chrome.
3.2. Browser vergelijking Het vergelijken van browsers op energieverbruik is interessant met het oog op de huidige browseroorlog8. Browserontwikkelaars bestrijden elkaar in de prestaties van de eigen browsers; en als zodanig voeren zij testen uit om deze prestaties ‘objectief’ te meten. Zo heeft Microsoft onder andere een recente test uitgevoerd, waaruit zou blijken dat Internet Explorer het meest energie-
8
http://royal.pingdom.com/2012/04/23/current-status-of-the-browser-wars/
11
efficiënt is 9 (zie figuur 2). Een belangrijk verschil tussen beide test is dat Microsoft op een laptop meet, terwijl het SEFlab op servers meet. Het SEFLab biedt de mogelijkheid om deze testen te herhalen en resultaten te confirmeren dan wel te falsificeren. Om deze reden is bovenstaande proof-of-concept test herhaald en uitgebreid naar de vijf meest gebruikte internet browsers: Firefox, Internet Explorer, Chrome, Opera, en Safari (zie figuur 8 voor het marktaandeel van de browsers). Daarnaast is het aantal gemeten componenten uitgebreid met de harde schijf, het geheugen, de fans en de moederboard-kanalen en is naast de warme en koude start, een nieuwssite geladen en een browserprestatie benchmark gedraaid.
Fish
Galactic
Safari 5 Opera 11 Firefox 4
News Site
Chrome 10 IE9
about:blank 0
5
10
15
20
25
30
35
Joules per seconde
Figuur 7. Resultaten van de browservergelijking op energieverbruik van Microsoft2.
Figuur 8. Markaandeel internet browsers.
9
http://blogs.msdn.com/b/ie/archive/2011/03/28/browser-power-consumption-leading-the-industry-withinternet-explorer-9.aspx
12
De belangrijkste onderzoeksvragen van dit onderzoek zijn: -
Hoe verhouden verschillende browsers zich tot elkaar in energieverbruik?
-
Komen de resultaten overeen met het eerdere onderzoek van Microsoft?
3.3. Methode Voor het meten van het energieverbruik van de browsers is gebruik gemaakt van de meetopstelling met de Dell PowerEdge zoals beschreven in hoofdstuk twee. Voor de browser vergelijking zijn de vijf meest gebruikte internet browsers gebruikt. Dit zijn: -
Mozilla Firefox 17.0
-
Microsoft Internet Explorer 9
-
Google Chrome 23
-
Opera 12
-
Apple Safari 6
Het energieverbruik van zes servercomponenten zijn gemeten: processor 1 en 2, harddisk, fans, memory en het moederbord. Het energieverbruik van de zes componenten is berekend zoals uitgelegd in hoofdstuk 2.2. De spannings- en stroommetingen zijn 30 duizend keer per seconde gemeten. Vervolgens is door middel van een digitaal FIR-filter in labview de data sampling rate teruggebracht naar 50 samples per seconde. Tabel 3 geeft een overzicht van de bemeten servercomponenten en de bijbehorende voedingslijnen. Tabel 4. Overzicht van de bemeten servercomponenten en bijbehorende powerlines
Servercomponent
Voedingslijnen
Ref voltage
Processor 1
CPU1
12V
1
Processor 2
CPU2
12V
2
Harddisk
HDD1 12V + HDD1 5V HDD1 12V HDD1 5V
12V 5V
3 4
CPU FANS + Casing FAN CPU FANS Casing FAN
12V 12V
5 6
MEM&FANS - CPU FAN - Casing FAN CPU FANS
12V
5
Fans
Memory
13
Kanaalnr.
Moederbord
Casing FAN MEM&FANS
12V 12V
6 7
MB 5V + MB 3V + MB VSB 3V MB 5V MB 3V MB VSB 3V
5V 3V 3V
8 9 10
Er is gekozen om vijf scenario’s te meten, dit zijn het energieverbruik van een koude start-up, een warme start-up, het openen van een internationale nieuws site (CNN.com) en het energieverbruik van een veelgebruikte browser benchmark Acid3 10, 11. Ook is het energieverbruik van het systeem in rust (idle) gemeten als referentiewaarde. Voor elke browsertest is de server opnieuw gestart. Daarna is het energieverbruik van het systeem in rust gemeten 20 seconden gemeten. De scenario’s zijn achtereenvolgens uitgevoerd zoals weergegeven in tabel 4, waarbij het energieverbruik van elk senario is gemeten Tabel 5. Meet scenarios, -tijden en samples
Scenario
Meettijd (s)
aantal samples
20 10 20 10 10
1000 500 1000 500 500
Systeem Idle Koud opstarten Nieuws site Acid 3 Warm opstarten
3.4. Resultaten 3.4.1.
Systeem idle
Als referentie is voor elke browsertest het energieverbruik per seconde van de componenten van het systeem in rust gemeten, gemiddeld over 20 seconden. Pas hierna werd de browser opgestart. Zoals is te zien in figuur 9 is het vermogen van alle server-componenten na elke herstart nagenoeg gelijk. Deze ligt voor het totale systeem gemiddeld de 166,0 en 167 Joules per seconde. Dit resultaat geeft aan dat de meetopstelling stabiele metingen geeft.
10 11
http://acid3.acidtests.org/ http://en.wikipedia.org/wiki/Acid3
14
180 Vermogen (Joules / Seconde)
160 140 120
Safari
100
Firefox
80
Chrome
60
Opera IE
40 20 0 TOTAL
CPU 1
CPU 2
MB
MEM
HDD
FANS
Figuur 9. Energieverbruik van de server-compnenten van het systeem in rust.
In figuur 10 zijn de spanningsmetingen over de shunt-weerstand weergegeven van de 10 verschillende meetkanalen over 1000 samples (20 seconden) voordat de Chrome browser wordt opgestart.
Spanning in Volt
0,18 0,16
CPU1
0,14
CPU2
0,12
HDD1 12V
0,10
HDD1 5V
0,08
MEM&FANS
0,06
MB 5V
0,04
MB 3V
0,02
CPU FANS
0,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tijd in seconden
MB VSB 3V Casing FAN
Figuur 10. Overzicht van de spanningsmetingen over de shunt-weerstanden van de 10 meetkanalen wanneer het systeem in rust is voordat Chrome wordt opgestart.
In figuur 11 zijn de gemeten spanningen uit figuur 10 per meetkanaal vertaald naar vermogen in Watt doormiddel van de formules zoals beschreven in hoofdstuk 2.2.
15
Vermogen in Watt
90 80
CPU 1
70
CPU 2
60
HDD1 12V
50
HDD1 5V
40
MEM&FANS
30
MB 5V
20
MB 3V
10
CPU FANS
-
MB VSB 3V 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tijd in seconden
Casing FAN
Figuur 11. Vermogens gemeten in de meetkanalen van het systeem in rust voordat Chrome werd opgestart.
In figuur 12 zijn de meetkanalen behorend bij de verschillende servercomponenten uit figuur 11 bij elkaar opgeteld. Zoals verwacht is er een relatief constante lijn van het totaal vermogen te zien. 200 180
Vermogen in Watt
160 140
CPU 1
120
CPU 2
100
MB
80
MEM
60
HDD
40
FANS
20
Total
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tijd in seconden
Figuur 12. Vermogens per servercomponent van het systeem in rust voordat Chrome werd opgestart.
3.4.2.
Koude browser start
Om het energieverbruik van een koude start van de browser te bepalen is het energieverbruik dat het Dell systeem in rust verbruikt verminderd met het energieverbruik van de koude start. Op deze manier wordt het aandeel van het besturingssysteem en achtergrondprocessen niet meegenomen in de vergelijking. Figuur 13 geeft het energieverbruik van de browsers bovenop het energieverbruik van de servercomponenten van het systeem in idle. Internet Explorer is het zuinigst met 69,8 Joule,
16
Opera verbruikt het meest met 133,3 Joule. Het koud opstarten van een browser verbruikt dus tussen de 42% en 80% meer dan het systeem in idle per seconde verbruikt (zie Figuur 9). 140,00
Energieverbruik in Joule
120,00 100,00
Safari
80,00
Firefox
60,00
Chrome
40,00
Opera IE
20,00 20,00-
TOTAL
CPU 1
CPU 2
MB
MEM
HDD
FANS
Figuur 13. Energieverbruik van de servercomponenten van het koud opstarten van de browsers verminderd met het energieverbruik van de servercomponenten van het systeem in idle.
Figuur 14 laat het vermogen per servercomponent zien over de tijd van een koude start van de Chrome browser. 300
Vermogen in Watt
250 CPU 1
200
CPU 2 MB
150
MEM 100
HDD FANS
50
Total
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tijd in seconden
Figuur 14. Vermogens per servercomponent van een koude start van Chrome.
3.4.3.
Warme browser start
Om het energieverbruik van een warme browser start te bepalen is het energieverbruik dat de Dell servercomponenten in rust verbruikt wederom verminderd met het gemeten energieverbruik van de warme start. Figuur 15 geeft het energieverbruik van de browsers bovenop het energieverbruik van 17
het systeem in idle. Internet Explorer is ook bij een warme start het zuinigst met 30,5 Joule, Opera verbruikt het meest met 129,7 Joule. Opvallend is dat ten opzichte van een koude start alleen het energieverbruik Internet Explorer, Chrome en Safari aanzienlijk dalen (respectievelijk 44%, 60% en 56%) en van Firefox en Opera nagenoeg gelijk blijven. Merk tevens op dat bij de warme start de hardeschijven (kanaal HDD) weinig energie extra verbruiken t.o.v. idle, dit in tegenstelling tot de koude start (zie Figuur 13). 140,00
Energieverbruik in Joule
120,00 100,00 Safari 80,00
Firefox Chrome
60,00
Opera
40,00
IE 20,00 20,00-
TOTAL
CPU 1
CPU 2
MB
MEM
HDD
FANS
Figuur 15. Energieverbruik van de servercomponenten van het warm opstarten van de browsers verminderd met het energieverbruik van de servercomponenten van het systeem in idle.
3.4.4.
Nieuwssite
Figuur 16 geeft het energieverbruik van de servercomponenten weer van het laden van een nieuwssite verminderd met het idle verbruik. In dit geval verbruikt Opera op het Dell systeem het minst met een totaal energieverbruik van de servercomponenten van 185,6 Joule bovenop het idle verbruik. Chrome verbruikt de meeste energie met 319,2 Joule.
18
350,00
Energieverbruik in Joule
300,00 250,00 Safari 200,00
Firefox Chrome
150,00
Opera
100,00
IE 50,00 50,00-
TOTAL
CPU 1
CPU 2
MB
MEM
HDD
FANS
Figuur 16. . Energieverbruik van de servercomponenten van het openen van een nieuwssite verminderd met het energieverbruik van de servercomponenten van het systeem in idle.
3.4.5. Acid3 benchmark Figuur 17 geeft het energieverbruik weer van het laden van de Acid3 benchmark verminderd met het idle verbruik. Opera verbruikt het minst met een totaal energieverbruik van de servercomponenten van 102,6 Joule bovenop het idle verbruik en Safari komt daar dichtbij met 108,2 Joule. Chrome verbruikt het meest met 237,2 Joule. 250,00
Energieverbruik in Joule
200,00 Safari
150,00
Firefox 100,00
Chrome Opera
50,00
IE
TOTAL
CPU 1
CPU 2
MB
MEM
HDD
FANS
50,00Figuur 17. . Energieverbruik van de servercompnenten van het openen van de Acid3 benchmark verminderd met het energieverbruik van de servercomponenten van het systeem in idle.
3.5. Conclusies Uit de metingen die zijn uitgevoerd kan nog geen eenduidig antwoord gegeven worden op welke browser het energiezuinigst is. Dit hangt onder andere af van gebruiksprofielen van browsers, en het type computer waar de browsers worden gebruikt. De resultaten geven echter wel inzicht in 19
energieverbruiksgegevens van deeltaken van browsers (koude start, warme start, laden van een nieuwssite). Goede energieprestaties op één deeltaak betekent niet per definitie goede energieprestaties op een andere deeltaak. Dit blijkt bijvoorbeeld uit de het energieverbruik van Opera: bij het opstarten gebruikt deze browser het meest energie, maar wanneer gekeken wordt naar het openen van een nieuwssite of het runnen van de Acid3 benchmark verbruikt Opera op dit systeem juist het minste energie. Voor het vaststellen welke browser het meest energiezuinig is, zal een keuze moeten worden gemaakt voor een standaard gebruiksprofiel, een zogenaamde benchmark. Een eerste benchmark is uitgevoerd in het kader van dit project; maar vervolgonderzoek moet uitwijzen welke benchmark het beste kan worden gekozen. De conclusies die Microsoft trekt, dat Internet Explorer het energiezuinigst is, worden vooralsnog niet ondersteund door dit onderzoek, maar geldt in ieder geval niet voor een aantal deeltaken die wij hebben onderzocht. Verklaringen hiervoor kunnen onder andere worden gezocht in de verschillen tussen de twee onderzoeken. Ten eerste heeft Microsoft gekeken naar het totaal energieverbruik en niet zoals in dit het onderzoek het energieverbruik ten opzichte van het energieverbruik van het systeem in idle. Een ander verschil is dat van alle browsers behalve Internet Explorer een nieuwere versie is getest in vergelijking met het onderzoek van Microsoft. Daarnaast zijn er andere scenario’s gebruikt om de browsers te testen. Ook zijn er andere computer systemen gebruikt. Microsoft gebruikt een laptop met een totaal energieverbruik rond de 15 J/s,terwijl in de onderzoek een server is gebruik met een energieverbruik rond de 200 J/s. Er kan geconcludeerd worden dat dit onderzoek perspectief biedt op het zeer nauwkeurig kunnen vaststellen van de energieprestaties van browsers, en software applicaties in het algemeen. De opzet van het SEFLab en het professionele meetinstrumentarium dat in het kader van dit project is aangeschaft, biedt mogelijkheden om deeltaken van applicaties te meten in termen van energie. Het project geeft richting aan vervolgonderzoek voor het SEFlab, namelijk het onderzoeken en selecteren van geschikte scenario’s (welke websites, welke benchmarks, welke browser functionaliteiten) zijn voor het vergelijken van het energieverbruik. Ook dient het onderzoek herhaald te worden op verschillende computer systemen. De HvA heeft de ambitie om dit onderzoek in de komende jaren in die richtingen uit te breiden.
20
4. Stakeholder-analyse Om beter inzicht te krijgen in de rol die software speelt in het vergroenen van de IT-sector en de rol die het SEFLab kan hebben in het hoger onderwijs zijn meerdere partijen geïnterviewd. Oorspronkelijk was hier uitgegaan van een interne stakeholder analyse binenn de HvA in nauwe samenwerking met de IT-afdeling van de HvA Gedurende de looptijd van het project is de opstelling van de IT-afdeling ten opzichte van dit project gewijzigd door een prioriteringsbesluit waardoor geen ruimte was voor een nieuw project omtrent duurzaamheid. Er zijn echter wel gesprekken gevoerd met IT-afdeling die inzicht geven in de interne belangen betreffende groene software. De stakeholder analyse is verbreed naar buiten de HvA verlegd met meer nadruk op stakeholder omtrent groene software uit het bedrijfsleven. Met de volgende partijen zijn gesprekken gevoerd: Rogier Verkade (IT HvA/UvA) Jan Wiersma (EvoSwitch), Joost Visser (SIG), Frank van Bokhoven (Energy Software Solutions), Ilja Heitlager (Schuberg Philis), John Post (GreenIT Amsterdam region), Kees Rijsenbrij (Technische Informatica HvA),Paola Grosso (UvA), Patricia Lago (VU).
4.1. Belang efficiënte software voor IT afdeling HvA/UvA Rogier Verkade is onderwijsconcsultant en projectleider duurzaamheid bij de gedeelde IT services van HvA/UvA. De belangrijkste conclusies ten aanzien van de belangen rond groen software waren: • Duurzaamheid binnen IT facilities heeft geen hoge prioriteit vanwege gebrek aan personeel bij lopende zaken. – • IT services verstrekt puur IT dienstverlening aan de domeinen van HvA. De domeinen bepalen zelf welke software pakketten zij willen gebruiken. Hierin wordt gekeken naar functionaliteit en industrie standaarden, niet naar duurzaamheid/energieverbruik. – • De elektriciteitskosten van de serverruimtes en computers van IT services wordt betaald door facility services doordat een standaard prijs per vierkante meter gebruiksoppervlak in rekening wordt gebracht. Hierdoor mist een incentive om energie te besparen. – • Er wordt gebruik gemaakt van virtualisatie software waardoor naar schattig 95% van de applicaties en servers is gevirtualiseerd + • ITS heeft zichzelf verplicht tot: 2% daling energieverbruik door virtualisatie systemen, 2% jaarlijkse daling energieverbruik door aankoop van energiezuinige apparatuur, 90% van de inkopen en aanbestedingen waarbij de criteria voor duurzaam inkopen van Agentschap NL worden toegepast. Groene software wordt echter niet genoemd in de criteria voor duurzaam inkopen. + • Er wordt een energie-pilot opgezet binnen één van de serverruimtes van ITS zodat inzicht wordt verkregen in het energieverbruik van de aanwezige servers, randapparatuur en koelinstallatie. + Binnen de HvA zijn drie belanghebbenden ten aanzien van groene software: IT services, de domeinen en Facility services. IT Services verzorgt de IT dienstverlening aan domeinen. Facility Services brengt het energieverbruik van computers van de domeinen en servers van IT Servives in rekening. Omdat de verantwoordelijkheden voor gebruik, aankoop & beheer en energieverbruik bij drie verschillende partijen liggen is het niet vanzelfsprekend dat een energielabel voor groene software veel verschil zal brengen. Wanneer groene software als criteria voor duurzaam inkopen zou worden meegenomen 21
zou de aanschaf van groene software wel direct aansluiten bij de duurzaamheidambities van IT services.
4.2. Belang efficiënte software voor datacenters en hosting providers Schuberg Philis is een IT outsourcer die zeer bedrijfskritische IT processen voor bijvoorbeeld banken beheerd. Zij beschikken over een eigen datacenter en garanderen 100% beschikbaarheid wat uniek is in de branche. Evoswitch is een datacenter bedrijf dat pioniert op het gebied van groene datacenters en is onderdeel van de OCOM holding waartoe o.a. het hosting bedrijf Leaseweb en modulaire datacenter ontwikkelaar DataXenter toe behoren. Uit de gesprekken kwamen de volgende punten naar boven: •
• • • • •
•
• •
Datacenters moeten voldoen aan MJA en regelgeving vanuit Gemeente Amsterdam maar met name de MJA is niet streng en de Gemeente Amsterdam handhaaft het beleid niet consequent. Een efficiënt datacenter heeft lage operationele kosten, dit versterkt de concurrentiepositie en is een incentive om energie-eficient te opereren. Aan de facilitaire kant (koeling, stroomvoorziening) kan niet veel meer geoptimaliseerd worden, er moet nu gekeken worden naar de server zelf. Voor Schuberg Philis is energieverbruik maar een klein deel van de totale kosten, voor EvoSwitch ligt dit rond een derde. Het aandeel van software in het energieverbruik van software en het besparringspotentieel van efficiente software is onbekend; men heeft interesse om heir meer over te weten. Met het oog op capaciteitsplanning is het voor datacenters zeer relevant om te weten hoe verschillende applicaties het energieverbruik van hun racks beïnvloeden, echter hebben datacenters geen invloed op de software die draait op de servers. Door klanten te adviseren over energiezuinige applicaties kunnen ze hun dienstverlening verbeteren en kunnen klanten met duurzaamheidambities een een duurzame propositie bieden. In veel gevallen wil de klant wel betalen voor het energieverbruik, andere zaken zoals availablity en reliability zijn voor de klant belangrijker. Energieverbruik in een datacenter begint bij de software die de server aanstuurt. Voor 1 Watt rekenkracht is bijna 30 Watt elektrische energie nodig aan de voorkant van een datacenter en 100 Watt aan energie van fossiele brandstoffen. Efficiënte software heeft daardoor een hoog besparingspotentieel. Omdat een datacenter een vast, vooraf bepaalde hoeveelheid elektriciteit van zijn leverancier mag afnemen, betekent een afname van het elektriciteitsverbruik dat meer klanten bediend kunnen worden.
Een datacenter heeft voldoende belang bij energie-efficiente software op de servers in zijn datacenters maar is in de meeste gevallen is de klant verantwoordelijk voor de software op de server en soort servers in het rack van het datacenter. Datacenters kunnen het energieverbruik doorberekenen aan de klant maar dit gebeurd nog niet altijd en het aandeel in de totale kosten van de klant kunnen beperkt zijn.
22
4.3. Belang efficiente software voor software-ontwikkelaars, -consultants en certificeerders SIG is samen met de HvA initiatiefnemer van het SEFLab en adviseren bedrijven over de kwaliteit van hun software portfolio. Daarnaast is SIG een onafhankelijk certificeerder van software op het gebied van software beveiliging en software onderhoudsvriendelijkheid. Belangrijkste punten uit de gesprekken met SIG: •
•
•
•
•
Recent heeft SIG pilots van hun nieuwe dienst Software sustainability scan uitgevoerd waaruit is gebleken dat het energiebesparingspotentieel tussen de 30 en 90% ligt. Ook gaat SIG gaat een sustainabilty scan uitvoeren voor Logius (een publieke organisatie die onder meer IT-diensten als DigiD verzorgt). Op advies van SIG heeft Hyves de programmeertaal van zijn software veranderd, hierdoor werd een derde van de servers overbodig wat investeringen in IT apparatuur en het energieverbruik verlaagt. TÜV, een van oorsprong Duits certificereringsorgaan van bijvoorbeeld de CO2 prestatieladder, heeft aan SIG interesse getoond in het ontwikkelen van een certificaat voor groene software. Er mist een gemeenschappelijke taal om over energie-efficientie van software te praten. Er is nog te veel onbekend over welke eigenschappen van software het energieverbruik van computers beïnvloed. Er zijn hardware en software fabrikanten die hun testen doen op het gebied van energieefficientie, maar er mist een onafhankelijke partij om resultaten te verifiëren.
Energy Software Solutions (ESS) is een software-ontwikkelaar die een energy profiling tool (ESSaver) heeft ontwikkeld. Dit is een software-applicatie die op basis van hardware gegevens van een computer en prestatie-indicatoren van het besturingssysteem (bijv. processor belasting en werkgeheugen gebruik) een software-matige schatting maakt van het energieverbruik. Uit het gesprek bleek dat: •
•
De huidige methode die ESS hanteert om de ESSaver tool te valideren is gebaseerd op het totaalverbruik van de computer en maakt geen onderscheid in aparte hardwarecomponenten. ESS zou het SEFlab willen inzetten om de tool uit te breiden naar schattingen per hardwarecomponent Door het hoge aantal metingen per seconde van de SEFLab meetopstelling ten opzichtte van de bestaande validatiemethode wordt een meer nauwkeurige schatting mogelijk maakt.
Ordina, Centric en Logica zijn software-ontwikkelaars en –consultants die software op maat leveren aan bedrijven uit specifieke sectoren zoals banken verzekeraars en telecom providers. Uit de gesprekken bleek dat: •
Nederland veel grote software-ontwikkelaars die op maat gemaakte software maken voor grote multinationals. Hierdoor is er Nederlands een geschikte markt om groene software van de grond te krijgen. Zij zien het belang van groene software maar missen hun mensen missen de kennis om efficiënte software te ontwikkelen.
23
• •
AgentschapNL heeft in het verleden energie-efficientie van groene software aangedragen als duurzame inkoopcriteria, maar dit werd toen als niet meetbaar geacht. Centric heeft het Centric Sustainability Lab (CSL) waarin onderzoek gedaan wordt daar de energie-efficientie van software. Het CSL en SEFlab zullen samen onderzoek gaan uitvoeren.
Uit de gesprekken van bedrijven uit de software sector blijkt dat consultants en certificeerders het belang ziet in groene software en hun diensten op dit gebied uitbreiden. Daarnaast ontwikkelen kleine softwareontwikkelaars tools om het energiegebruik van computer systemen inzichtelijk te maken en hebben zij baat bij een onafhankelijke partij om de tool te valideren. Ook de grote softwareontwikkelaars beginnen met onderzoek naar software-efficiëntie. Er is echter nog nauwelijks vraag naar groene software vanuit klanten en het mist bij software-ontwikkelaars aan kennis over het ontwerp van energie-efficiente software. Dit gebrek aan kennis zorgt ook voor een gebrek aan stimuleringsmaatregelen ten behoeve van de aanschaf groene software vanuit de overheid.
4.4. Inzet SEFLab in onderwijs Om de mogelijke rol van het SEFLab binnen het onderwijs vast te stellen zijn een drietal gesprekken gevoerd met: Kees Rijsenbrij, opleisdingsmanager Informatica en Technische Informatica van de HvA; Paola Grosso, universitair hoofdocent Systems and network engineering aan de UvA; Patricia Lago, universitair hoofddocent Software Services aan de VU. Daarnaast zijn HvA docenten van E-technology en Technische Bedrijfskunde geraadpleegd. Het SEFLab kan bij de volgende opleidingen van de HvA, VU en UVA ingezet worden. •
•
•
•
HvA / Domein Techniek: vakken van E-technologie (bijvoorbeeld: testmethoden en Digital Signal Processing) en Technische Bedrijfskunde (Bv.: Business Development) kunnen betrokken worden bij het SEFLab door middel van technische experimenten (E-tech) en uitvoeren van business voor de aanschaf van efficiënte software bij bedrijven (TBK). Bovendien zullen SEFLab opdrachten worden uitgevoerd in afstudeerprojecten, tweedejaars projecten (Innovatielab), derdejaars stages en vierdejaars minor projecten (E-tech en TBK). In totaal naar schatting 10-15 studenten per jaar. HvA / Domein Media, Creatie en Informatie: Afstudeerders kunnen worden ingezet bij ehet ontwikkelen van een webinterface voor het SEFLab en binnen het vak "software systems engineering" leren studenten groene design strategieën van software toe te passen in applicatie die vervolgens getest kunnen worden in het SEFLab. VU: Computer Science master (afstudeerprojecten in software engineering, geschat 5 studenten per jaar), Master in Information Sciences (45 studenten), en gezamenlijke Software Engineering master (met UvA - zie hieronder, naar schatting 70 studenten); inleidend bachelor vak over Green IT (naar schatting 50 leerlingen); nieuw vak over groen software-ontwerp. UvA: System and Network Engineering master (afstudeeropdrachten en colloquia, naar schatting van 40 studenten), Software Engineering master (naar schatting 70 studenten) en Information Sciences master (45 leerlingen). Ook gaan de UvA en VU gemeenschappelijke Computer Science master ontwikkelen, met kansen voor een rol van het SEFLab (50 studenten). 24
Uit de gesprekken kwam verder naar voren dat: • • •
•
de belangstelling voor het inzetten van het SEFLab in het onderwijs groot is, dat het lab door de zeer gedatailleerde metingen (tot 1 miljoen samples per seconde) uniek is in Nederland en de wereld. Er grote uitdagingen liggen ten aanzien van het relateren van hardwarematig energiegebruik aan software en de vele variabelen die daarop van invloed kunnen zijn. Hier is veel onderzoek voor nodig Er goede mogelijkheden zijn om het lab en de resultaten van het lab in te zetten in het onderwijs.
4.5. Conclusie Uit de verschillende interviews en discussies zijn de volgende inzichten gekomen: •
Doordat software aan het begin van de energieverliesketen staat en doordat energieefficiëntie bij softwareontwikkelaars nog een onbekend begrip is, is het besparingspotentieel enorm. Niet enkele procenten, maar tussen de 30% en 90%.
•
Er zijn op dit moment nauwelijks effectieve incentives om deze besparingen te verwezenlijken. Datacenters worden bijvoorbeeld beloond voor het bieden van meer rekenkracht, niet voor het verminderen van de behoefte aan rekenkracht of energieverbruik. Door kennis te ontwikkelen over het ontwerp van energie-efficiënte software kan de Nederlandse software markt vergroenen en kunnen meetbare criteria ontwikkeld worden om leveranciers van groenere oplossingen te belonen.
•
Er mist een gemeenschappelijke taal om over software efficiëntie te kunnen communiceren. Hierdoor is er onvoldoende communicatie tussen diegenen die software inkopen (eindklant), diegenen die de verspilling kunnen herkennen (beheerders) en diegenen die deze kunnen verhelpen (ontwikkelaars).
•
Een lagere energiebehoefte en energiekosten. Voor afnemers van IT-producten en –diensten betekent dit dat de organisatie eerder aan regelgeving omtrent energie-efficientie en MVO voldoet. Specifiek voor datacenters betekent dit dat er binnen de contracten met de elektriciteitsleverancier meer klanten bediend kunnen worden.
•
Ontwikkeling van kennis over efficiënte software. De kennis over groene software opgedaan in het SEFLab wordt doorgegeven aan studenten aan HvA, UvA en VU. Hierdoor wordt een unieke kennispositie gecreëerd in Amsterdam.
25
5. Disseminatie van resultaten Disseminatie van de vorderingen die in het SEFLab zijn gemaakt met behulp van de SURFnet innovatieregeling is gebeurd op meerdere manieren. Er is gekozen om het SEFLab in eerste instantie intern binnen de HvA en extern voor bedrijven te presenteren, omdat de implementatie van het lab in het onderwijs nog in de begin fase verkeert. Disseminatie naar andere onderwijsinstellingen zal daarnaast gebeuren tijdens het symposium Groene ICT en Duurzame Ontwikkeling in het Hoger Onderwijs. Disseminatie heeft plaatsgevonden door het uitnodigen van relevante partijen naar het lab, het geven van presentaties, het organiseren van een workshop. Een overzicht van de
5.1. Bezoekers SEFLab Het SEFLab heeft regelmatig bezoek gehad van geweest van personen uit het bedrijfleven, de publieke sector en onderzoekers. De belangrijkste binnenlandse en buitenlandse bezoekers: • • • •
•
•
De Wethouder van Economische Zaken van Amsterdam Carolien Gehrels en rector HvA/UvA Jet Bussemaker (nu minister van onderwijs). Giuseppe Procaccianti, promovendus Software Engineering aan de Politecnico di Torino 12. Hij komt begin 2013 een half jaar naar de VU en zullen dan samenwerking verder bespreken. Frank van Bokhoven eigenaar van Energy Software Solutions 13, ontwikkelaar van de ESSaver energy profling tool. Het SEFLab gaan zijn profiling tool onderzoeken en valideren. Eric Jagroep, is promovendus aan de universiteit Utrecht en werkzaam bij Centric, een belangrijke software-ontwikkelaar met een eigen Centric Sustainability Lab (CSL). Het CSL en SEFlab zullen gaan samen onderzoek gaan uitvoeren. 14 Het Oostenrijkse radiostation ORF1 (vergelijkbaar met radio1) heeft een item over GreenIT in Amsterdam uitgezonden, hierin werd onder andere CleanTech onderzoeker Bo Merkus geïnterverviewd. 15 Er wordt korte SEFLab demonstratie gegeven aan de burgermeester van Amsterdam tijdens zijn werkbezoek van 7 december, Eberhard Van der Laan.
5.2. Presentaties Pitch duurzaam onderzoek HvA, UvA, VU, 21 november 2012. E-tech docent/onderzoeker Eric Hoekstra heeft het SEFLab gepitcht tijdens een pitch wedstrijd over duurzaam onderzoek aan de UvA, HvA en VU. Dit resulteerde in de publieksprijs 16. Gekregen omdat de pitch mensen bewust maakte dat groene software belangrijk is. Demonstratie kenniskring+, 6 november. Docenten van domein techniek hebben kennis gemaakt met het SEFLab door middel van een demonstratie vergelijkbaar met de demonstratie zoals gegeven in de KNGS workshop door Cleantech onderzoeker Bo Merkus en E-technology student Bram Visser. 12
http://softeng.polito.it/procaccianti/ http://www.energysoftwaresolutions.nl/ 14 http://www.centric.eu/NL/Default/Innovatie/Blogs.aspx/2012/10/22/Onderzoek-naar-duurzame-software 15 http://ullaebner.wordpress.com/2012/08/19/grune-software-und-klimafreundliche-datenzentren-die-greenit-region-amsterdam/, klik op DL om het item te luisteren. 16 http://www.hva.nl/nieuws/2012/11/27/studenten-uva-hva-en-vu-pitchen-met-duurzaam-onderzoek 13
26
Energy 4 Next Generations II Congres 17, 2 november. Presentatie door HvA lector Robert van de Hoed over het belang van groene software en het SEFLab.
5.3. Workshop Knowledge Network Green Software (KNGS) 11 oktober 2012 is op de HvA een workshop voor het Knowledge Network Green Software georganiseerd waarin de vorderingen en mogelijkheden van het SEFLab zijn gedemonstreerd en is gediscussieerd over de mogelijke toepassingen en toekomst van het lab. Er waren 22 aanwezigen uit het bedrijfsleven, kennisinstellingen en de publieke sector. Het programma en de presentaties kunnen teruggevonden worden op: http://kngs.wikidot.com/events:ws-seflab. De belangrijkste sprekers waren: •
•
•
•
17
Software Energy Footprint Lab - Miguel Ferreira Miguel Ferreira van SIG gaf een presentatie over het onderzoek van SIG naar groene software, de samenwerking tussen de HvA en SIG en de totstandkoming van het SEFLab. SEFLab bezoek + demonstratie - Bo Merkus, Eric Hoekstra Bo Merkus (HvA CleantTech onderzoeker) en Eric Hoekstra (HvA docent/onderzoeker Etechnology) gaven een presentatie over de mogelijkheden van het SEFLab, uitleg over de meetmethode en de resultaten van de proof-of-concept browser vergelijkingstest. De presentatie werd getoond op de server waarvan realtime het energieverbruik gemeten werd. Twee beamers lieten tegelijkertijd de presentatie en het real-time energieverbruik van de presentatie zien. Toekomst plannen - Robert van den Hoed Robert van den Hoed (HvA Lector) presenteerde de toekomstplannen van het SEFLab waarin met name een de recent ingediende RAAK Pro aanvraag werd besproken. In deze aanvraag gaan de VU, UvA, SIG, SURFnet en GreenIT Regio Amsterdam samenwerken om met twee AIO’s het lab uit te breiden met meerdere hardware platforms, een model te ontwikkelen van de invloed van hardware en software parameters op het energieverbruik van een server, en om te komen tot energie-efficiënte softwareontwerp richtlijnen. Discussie over de toegevoegde waarde, welke testen en welke eindproducten- o.l.v. John Post Onder leiding van John Post (directeur Green IT Regio Amsterdam) werd een levendige discussie gevoerd over de toegevoegde waarde van het SEFLab voor verschillende partijen, welke testen uitgevoerd kunnen worden en wat voor soort eindproducten het lab zou kunnen opleveren. Belangrijkste punten die naar voren kwamen uit de discussie: - Moeilijke – zo niet onmogelijke – uitdaging, maar onder de indruk van de eerste resultaten - Catch 22 probleem: Er is geen groene software te koop waardoor klanten er niet voor kunnen kiezen. Omdat klanten er niet naar vragen ontwikkelen softwareontwikkelaars geen groene software. - Er moet een gemeenschappelijk taal gecreëerd worden tussen IT eindgebruiker en leverancier om het catch 22 probleem op te lossen - De meetmethode profiling software moeten gevalideerd worden - Focus op op maat gemaakte software waar de Nederlandse IT industrie groot in is
http://www.energy4nextgenerations.nl/e4ngii/programma.91538.lynkx
27
-
Kijk naar groene software vanuit datacenter en eindgebruiker perspectief Begin met een set van algemene ontwerprichtlijnen en verfijn deze door middel van testen in het SEFLab Creëer een gevalideerde tool in het lab voor software developers die feedback geeft op het energieverbruik zodat men inzicht krijgt in de energie consumptie Kom in de publiciteit en creëer momentum door de enorme (mogelijk 90-99%) potentiële besparingen te ondersteunen met data uit het lab Test software op meerdere hardware platforms Relateer energie gebruik aan andere software requirements zoals availability, scalability, reliability, redundancy, quality of code
28
6. Conclusie De SURFnet innovatieregeling voor heeft het CleanTech onderzoeksprogramma van de Hogeschool van Amsterdam het Software Energy Footprint Lab door te ontwikkelen tot een lab waarin op een betrouwbare manier het energieverbruik van hardwarecomponenten van servers gerelateerd kan worden aan de software die op de server draait. Het eerste onderzoek waarin de vijf meest gebruikte internet browsers zijn vergeleken laat duidelijke verschillen in het energieverbruik van de hardwarecomponenten van een Dell Poweredge SC1425 zien. Om tot conclusies wat betreft de energie-efficientie van browser software te komen moet echter meer onderzoek gedaan worden naar een representatief scenario om het real-life gebruik van een browser te simuleren. Ook moet de software op meerdere computer systemen getest worden zodat de invloed van verschillen in hardware configuratie kunnen worden meegenomen. Hier zal het toekomstig onderzoek in het SEFLab op voortbouwen. Uit een interne en externe stakeholderanalyse zijn de belangen van de IT-afdeling van de HvA/UvA, datacenters, softwareontwikkelaars en universiteiten in Amsterdam ten aanzien van groene software in kaart gebracht. De belangrijkste conclusies die hieruit volgen zijn: •
Energie-efficiënte software is nog een onbekend begrip is, maar het besparingspotentieel enorm, 30% to 90%. Hiermee kunnen bedrijven voldoen aan milieuwetgeving en MVO criteria maar hierin wordt groene software (nog) niet meegenomen.
•
Er zijn op dit moment nauwelijks effectieve incentives om deze besparingen te verwezenlijken. Daarvoor moeten richtlijnen voor het ontwerp van energie-efficiënte software ontwikkeld worden.
•
Er mist een gemeenschappelijke taal tussen inkopers, software-ontwikkelaars en beheerder om over software efficiëntie te kunnen communiceren.
•
Bij de Amsterdamse onderwijsinstellingen (HvA, VU, UvA) is er ruimte en belangstelling om groene software op te nemen in de curricula van IT opleidingen.
Uit bovenstaande punten, de positieve reacties van bezoekers aan, en presentaties over het SEFLab maakt dat de innovatieregeling van SURFnet een waardevolle bijdrage heeft geleverd aan onderzoek naar het verduurzamen van software en het leggen van de basis voor een onderzoek naar groene software aan HvA.
29
