Mistä on energiatehokkaat ohjelmistot tehty?

Alkuperäinen artikkeli on julkaistu Sytyke.ry:n jäsenlehdessä 04 / 2022.
Huippuseminaarin esitys on katsottavissa Youtubesta: https://www.youtube.com/watch?v=UDL1itd5cvY

Ilmaston lämpenemisen rinnalla jatkuvasti kasvava energiankulutus on globaali ongelma ratkaistavaksi. Myös ICT-alalla energiankulutus on kasvusuunnassa, koska digitalisaatio on lisääntynyt merkittävästi viimeisen 10 vuoden aikana ja ihmiset käyttävät entistä enemmän digitaalisia palveluita. Koska laitteistoja ei ole ilman ohjelmistoja (ja toisinpäin), ohjelmistokehityksessä pitää tehdä suunnanmuutos helposta koodista takaisin optimoituun koodiin. 

Asiakkaidemme pitää ymmärtää jokaisen ohjelmisto- tai rautahankinnan kokonaisvaikutuksen merkitys. Tätäkin tärkeämpi rooli on jokaisella meillä asiantuntijalla, jotka ovat asiakkaan ohjelmistokehityshankkeessa mukana. Asiantuntijoiden tulee toimia asiakkaidensa yhteistyökumppanina ja ymmärtää sekä kertoa jokaisen muutoksen vaikutuksen merkitys. 

Sytykkeen Huippuseminaarissa kerroin energiatehokkaista ohjelmistoista ja että millaisia korkeamman tason näkökulmia pitää ottaa huomioon, jotta voidaan kehittää ja toimittaa ohjelmistoja, jotka eivät kuluta resursseja tarpeettomasti. 

Naturen neljän vuoden takaisen artikkelin silloisen arvion mukaan ICT-ala kuluttaa n. 2000 terawattituntia, eli n. 10 % koko maailman kokonaissähköntuotannosta, ja vuoteen 2030 mennessä kulutus on tuplaantunut. Kokonaisarviosta n. 200 terawattituntia kuluu palvelinkeskuksiin. 

Vastaavasti Liikenne- ja Viestintäministeriön julkaisun mukaan Suomessa ICT-toimialan sähkönkulutus oli yhteensä noin 0,86 TWh/a vuonna 2017, mikä on noin 1,3 % maan sähkön kokonaiskulutuksesta.

Keskimääräiset hinnat: Vattenfall — Tuntispot-hinnat Sähköpörssissä.
Futuurihinta: Keskiarvo Lumme Energian 14.11.2022 sähkön hintakatsauksesta. 

LVM:n mukaan Suomessa luvut ovat pienempiä energiatehokkuuden ja päästöttömän sähköntuotannon ansiosta, mutta toisaalta suuri osa Suomessa ostetuista palveluista tuottaa hiilipäästöjä muissa maissa. Vaikka edellä mainittu sähkönkulutus Suomessa sisältää paljon muutakin kuin palvelinkeskuksien aiheuttamaa kulutusta, ei voida vähätellä ohjelmistojen tuomaa kuormaa. Sillä ei ole laitteistoja ilman ohjelmistoja ja toisinpäin. Esimerkiksi jokaisen sivun lataaminen tietokoneella ja jokaisen herätteen käsittely puhelimessa kuormittaa päätelaitteita sekä sähköisiä palveluita. 

AtoZilla on kehitetty energiatehokkaiden ohjelmistojen konseptia, joka on jaettu kahteen kokonaisuuteen: olemassa olevien järjestelmien auditointiin ja niiden optimointiin. Auditoinnista kerättävät toimenpide-ehdotukset pistetään täytäntöön optimointityöllä. Olen määritellyt energiatehokkaat ohjelmistot seuraavalla tavalla: 

Energiatehokkaat ohjelmistot ovat sovelluksia ja digitaalisia palveluja, jotka tukevat käyttäjän toimintaa pienellä työllä ja kohtuullisessa ajassa 

Pienellä työllä tarkoitetaan palvelinresurssien oikeaa mitoitusta suhteessa kuormaan. Liian pienet resurssit kasvattavat työstöaikaa ja vastaavasti liialliset resurssit varataan huippukuormitukseen varautuen. Ohjelmiston tulee suorittaa toivottu tehtävä mahdollisimman nopeasti, mutta järkevillä resursseilla. 

Kohtuullisella ajalla tarkoitetaan subjektiivista, käyttäjän kokemaa aikaa. Yleensä käyttäjät kertovat ohjelmistojen toimivan hitaasti, harvemmin liian nopeasta toiminnasta kuulee sanomista. Vaikka energiatehokkuutta voi parantaa äärimmilleen, on kuitenkin varmistettava, että muutokset eivät vaikuta käyttökokemukseen negatiivisesti. 

Ohjelmistojen energiatehokkuuden neljä näkökulmaa
(AtoZ Oy / Jarkko Koistinaho 2022)

Olen lähestynyt energiatehokkaiden ohjelmistojen ongelmakenttää peilaten omaan kokemukseeni, mitä on karttunut suorituskykytestaajan, kehittäjän ja arkkitehdin rooleissa ollessani. Päädyin pohdinnoissani neljään näkökulmaan, jotka vaikuttavat suoraan energiatehokkuuteen. 

Ensimmäinen näkökulma on palveluiden hyötykäyttö. Jos palvelu on päällä, mutta sitä ei käytetä aktiivisesti, se on silloin hukkakäyttöä ja tällöin varataan resursseja tarpeettomasti. Energiatehokasta lopputulosta etsiessä, palveluita kannattaa tuottaa käytön mukaan — jos ei ole käyttöä, palvelua ei pidetä turhaan päällä. 

Toinen näkökulma on palveluiden sijainti suhteessa käyttäjiin. Jos palveluita tuotetaan toisessa maassa tai maanosassa kuin missä käyttäjät ovat, kulutetaan välillisesti energiaa jokaisella tiedonsiirrolla.

Kolmas näkökulma on tiedon käsittely ja säilytys. Jos säilytettävää tietoa on kerätty paljon talteen, käsittelyaikaa kuluu oleellisen tiedon perkaamiseen. Aktiivisesti erottamalla tarpeellinen tieto tarpeettomasta ja arkistoimalla jo käsiteltyä tietoa saa säilytettävän massan merkittävästi pienemmäksi. Tiedon käsittelyä voidaan nopeuttaa optimoimalla koodia, esimerkiksi valitsemalla ongelmaan sopivin algoritmi. Tietoa voidaan käsitellä käyttäjien päätelaitteilla tai palvelimilla, ja käsittelypaikka pitääkin määritellä aina tapauskohtaisesti. 

Neljäs näkökulma on resurssien ja tiedon koko. Jos varataan liian paljon tai liian suuria resursseja, se on aina muilta infrastruktuurin käyttäjiltä pois — virtuaalisetkin ratkaisut pohjautuvat fyysisien resurssien hyödyntämiseen. Palvelinresurssit pitää mitoittaa aina tarpeen mukaan, ja horisontaalisesti ja/tai vertikaalisesti skaalautuvat palvelut voidaan säätää automaation keinoin käyttötarpeisiin sopiviin mittoihin. 

Mitä enemmän massaa, sitä enemmän tietoa on käsiteltäväksi. Viestien välityksessä kannattaa suosia vain tarvitun tiedon lähettämistä sekä vastaanottamista. Skaalaamalla multimediaa päätelaitteen tai käyttäjän mukaan voidaan vähentää verkkoliikenteessä tapahtuvaa energiankulutusta. 

Kaikille edellä mainituille näkökulmille yhteinen tekijä on käyttäjä. Ihminen käyttäjänä huomaa herkemmin käyttämänsä palvelun laadun heikkenemisen. 

Kaikki ohjelmistoprojektit vaativat aina huolellisen suunnittelun. Projekteissa täytyy pitää mielessä miksi ja kenelle projektia tehdään, mutta niin että saavutetaan ympäristön kannalta mahdollisimman kestävä ja energiatehokas lopputulos. 

Olemme AtoZ Oy:llä kehittäneet energiatehokkaiden ohjelmistojen konseptia kuluneen vuoden ajan. Ensimmäinen pilottiasiakkaamme on auditoitu, ja osa ehdottamistamme optimoinneistakin on toteutettu syksyn aikana. Keräämme vielä lisää kokemuksia ja dataa auditoimalla erilaisia järjestelmiä uusien pilottiasiakkaiden kanssa, minkä jälkeen olemme valmiita siirtymään kaupalliseen toimintaan ensi vuoden alusta lähtien. 

Vahvistamme energiatehokkaiden ohjelmistojen tiimiämme uusilla rekrytoinneilla, jotta pystymme vastaamaan tuleviin auditointi- ja optimointitarpeisiin. Olemassa olevien järjestelmien lisäksi tulemme olemaan mukana myös uusissa hankkeissa huolehtimassa siitä, että energiatehokkuus ja parhaat käytännöt tulevat huomioitua alusta lähtien. 

Konseptimme on herättänyt suuresti mielenkiintoa, ja olemme olleet puhumassa muun muassa TIEKEn ja Sytyke ry:n tapahtumissa sekä Liikenne- ja Viestintäministeriön järjestämässä verkkotilaisuudessa “Miten ICT-ala voi säästää energiaa?”. Työmme energiatehokkaiden ohjelmistojen parissa jatkuu aktiivisena, ja viimeisimmät kuulumiset löydät sivuiltamme www.atoz.fi.