Impact énergétique des TIC

Impact énergétique des TIC Dr. Bernard Aebischer CEPE/ETHZ www.cepe.ethz.ch

Plan de la présentation Nouveau départ pour débat "ICT et énergie": l étude de Mills et les réactions aux Etats-Unis Trois approches pour quantifier l énergie Top down: télécommunication aujourd hui Bottom-up: classification des ICT considérés Exemples Bottom-up: 2001 2010 Résumé quantification énergie Sommet mondial sur la société de l information Politiques pour une UPRE

Nouveau départ pour débat "ICT et énergie": l étude de Mills et les réactions aux US 1. The Internet was responsible for 8 % of all electricity use in 1998 2. The entire digital economy accounted for 13% in 1998 and 50% in 2010 (30-50%) 3. Each Cisco router uses 1000 W 4. PC plus monitor uses 1000 W Source: Mark Mills, The Internet Begins With Coal, 1999 1 This statistic is exaggerated by a factor of 8 2. It is actually about 3 percent. 3. Actual use is about 100 W 4. PC plus monitor in use = 100-120 W and dips to 20-25 W or less in energy-saving mode Source: Lawrence Berkeley National Labs (LBNL)

Trois approches pour quantifier l énergie Top-down: statistiques de consommation d énergie pour activités économiques branches économiques, entreprises télécom Bottom-up: S A i * B i * C i (i) = ensemble des équipements/installations ICT Exemples (outlook, trend-watch)

Top-down Consommation d électricité en % du total d un pays (aujourd hui) Swisscom Deutsche Telekom 0.7% (Suisse) 0.5% (Allemagne)

Bottom-up (1): ISI/CEPE (2003) End-use appliances Infrastructure in-house Household Offices Household Offices "Public" Infrastructure Entertainment Audio, video TV reception Communication Cameras, Internetaccess; Telephony: Telephony: fixed network fixed network Telephone and mobile and mobile system Data processing PC and PC and office peripherals equipment Intelligent home Many divers Networking Networking; Telephone system Servers, UPS Fixed network; mobile communication Data Centres Classification des équipements/installations TIC considérés

Exemples (1): Domotique 1 (2000) Domotique -> augmentation de la demande d électricité dans le secteur résidentiel pouvant atteindre les 20 prochaines années 1.3% par an

Annual electricity consumption [kwh/year] Exemples (2): Domotique 2 (2002) 4000 3000 2000 1000 0 3 servers UPS- Server Ceiling l. Wall l. Bereitschaftsbetrieb Normalbetrieb Control Net C heating Annual electricity consumption of the 20 largest electricity consuming equipment Control Tumbler Misc. lights C vacuum Dishwasher Induction c. Freezer PS Washing 1st fridge 2nd fridge

Exemples (3): Domotique 2 (2002) FutureLife- House today Typical house Switzerland FutureLife- House optimised Servers and UPS Equipment for and due to networking 100 5 100 25 New applications 25 25 Standard equipment 100 100 100 Total 325 100 155 Consommation d électricité de la maison Future-Life relative à une maison typique

Exemples (4): Serveurs Internet Serveurs en tant qu infrastructure pour l internet (Data www.beispiel.com 192.132.150.12 Intranet (Anfrage) www.beispiel.com 192.132.150.12 Internet (public ) DNS-System Intranet (Quelle) Firewall centres, 2003) 192.132.150.12 i i Firewall Web-Server Routing-System www.beispiel.com 192.132.150.12 13.05.2002 Figure 3-2:Intranet and Internet (DNS = Domain Name System)

Exemples (5): Serveurs Demande d électricité pour les serveurs en Allemagne (ISI/CEPE, 2003) 2001-2001- 2001 2010 >2010 >2010 Type de serveur TWh/a TWh/a % %/an < 25 keuro 1.03 2.34 127% 9.5% 25-100 keuro 0.74 1.74 135% 10.0% > 100 keuro 2.17 4.71 117% 9.0% Total 3.94 8.79 123% 9.3%

Exemples (6): Serveurs Data Centres Part des serveurs dans des grands data centres??? Firewall Corporate Data Centre - File-Server - Datenbank-Server - Email-Server ISP (Internet Service Provider) - DNS -Server - Web-Server - Email-Server - Datenbank-Server Corporate / Collocation / Managed Data Centre Telecom ASP (Application Service Provider) - File-Server - Anwendungs-Server - Datenbank-Server Internet 13.05.2002

Exemples (7): Serveurs Part des grands data centres concentrée dans une ville??? Exemple: en 2003 nouveau data centre à Karlsruhe; demande d électricité autant que 20 000 ménages; 2% de la ville (1&1, 2004) 11 salles à 60 racks à 80 servers (Photo: 1&1)

Exemples (8): Les réseaux Réseaux cables et radio pour transmission 1 m 10000 km (Hilty et al., 2003)

Exemples (9): LCA/UMTS (2003)

Exemples (10): LCA/UMTS (2003) GSM: UMTS: 1.3 GJ-eq. / 1 Gbit 0.94 GJ-eq. / 1 Gbit Part dans impact environnemental (LCA) Handy dominant (production; temps de vie tres court) Basisstationen env. 25-40% (exploitation; temps de vie 8 fois handy)

Exemples (11): LCA/UMTS (2003) UMTS GSM GSM tf fixe chargeur % % opt., % % Handy (2) 9% 49% 25% 39% Infrastruct. 91% 51% 75% 61% Répartition de la consommation d électricité directe de différents systèmes de télécommunication sur l équipement end-use et sur l infrastructure (LCA/UMTS, 2003) Pour les mobiles de 1ère génération la répartition était de 10% end-use et 90% infrastructure (Schaefer/Weber, 2000; cité dans LCA/UMTS, p. 213)

Exemples (12): Etude TA pervasive computing (2003) (L informatique omniprésente*) Types d utilisation de l Internet 70s: remote login, data transfer 80s: email: people <-> people 90s: www: people <-> machine PvC Future: machine <-> machine PvC objet <-> objet PvC *) déjà aujourd hui 85% des circuits électroniques autres que équip. ICT

Exemples (13): Etude TA pervasive computing (2003) PvC -> people <-> machine machine <-> machine objet <-> objet -> multiplication du transphère de données -> infrastructure plus performante 1) internet 2) nouveax réseaux (très) locals, p.ex. BAN (Body area networks) et RFID (radio frequency identification)

Bottom-up (2): ISI/CEPE (2003) End-use appliances Infrastructure in-house Household Offices Household Offices "Public" Infrastructure Entertainment Audio, video TV reception Communication Cameras, Internetaccess; Telephony: Telephony: fixed network fixed network Telephone and mobile and mobile system Data processing PC and PC and office peripherals equipment Intelligent home Many divers Networking Networking; Telephone system Servers, UPS Fixed network; mobile communication Data Centres Classification des équipements/installations TIC considérés

Bottom-up (3): ISI/CEPE (2003) 2001 2010 TWh/a TWh/a 2001-> 2010 2001 2010 TWh/a increase % total % total 2001-> 2010 % increase 2001-> 2010 %/a increase End-use in households 19.1 24.5 5.3 50% 44% 28% 2.8% appliances in offices 7.8 7.6-0.2 21% 14% -2% -0.2% Infrastructure in households 3.4 6.4 3.0 9% 12% 89% 7.3% in offices 5.4 11.1 5.7 14% 20% 105% 8.3% public 2.3 5.8 3.6 6% 10% 158% 11.1% Total ICT 38.0 55.4 17.4 100% 100% 46% 4.3% Consommation d électricité 2001 et 2010 en Allemagne des équipements/ installations TIC répartis en "end-use" habitation et travail et "infrastructure" habitation, travail et public (38 TWh = 8% consommation totale de l Allemagne; 55TWH = 11%)

Bottom-up (4): ISI/CEPE (2003) The power demand of the infrastructure of telco companies will grow by more than 150 %. This extreme growth can be clearly ascribed to the planned construction of the UMTS mobile communications networks. The server computers have the largest share in the growth in demand of the office infrastructure. Both the stock of server computers and the average power consumption per unit will increase strongly. The more moderate increase in the power demand of the household infrastructure can be attributed to both the television infrastructure (especially to the growth in digital set-top boxes) and the internet infrastructure (especially the growth of broadband internet connections).

Résumé (1) ICT ordre de grandeur 10%, augment. La part infrastructure augmente dans les logements, au travail, public + infrastructures pour applications TIC +/- (?) impact applications TIC Incertitudes, risques, p. ex.: Régional <-> data centres (Genève!) Pervasive computing (+ santé, vie privée )

Résumé (2) 20 Consommation totale d électricité par habitant et électricité pour ICT par habitant en CH et USA (traits rouges) (source: Aebischer, CEPE, 2003) 15 10 MWh/Einwohner 5 0 Kanada USA S. Korea Europa Welt Thailand S./Z. Am. China Indien Afrika Banglad.

Sommet mondial sur la société de l information, Genève 2003 Tunis 2005 (1) Genève 2003: Question centrale: infrastructure pour SI dans les PVD Déclaration de principes et plan d'action Sans référence à Johannesbourg (développement durable), Kyoto (30% CO2 par production d électricité) Sans considérer sérieusement Impact sur l environnement Demande d électricité

Sommet mondial sur la société de l information, Genève 2003 Tunis 2005 (2) Genève 2003, PrepCom1 Declaration ETHZ/EPFL/EMPA Why and how the environment has to be taken into account at the World Summit on the Information Society, Geneva 2003 Tunis 2005 http://www.wsis.ethz.ch/declaration02.rtf

Sommet mondial sur la société de l information, Genève 2003 Tunis 2005 (3) Proposed key actions to reduce negative impacts and to foster sustainable development and dissemination of ICT We propose to focus on three directions of action: 1. Eliminate unnecessary standby losses of ICT equipment and ICT-systems 2. Increase the useful life of ICT equipment, in particular by prolonging the period between updates and new versions of operating systems and applications 3. Build-up a system of local collecting points and central disposal/recycling facilities for used batteries and electronic components and foster the re-use of electronic components

Politiques pour une UPRE (1) Politiques d énergie à différents niveaux régional: bâtiments; "market-pull" équipements ICT (-> présentations Dominique Beyrand et Patrick Faucher) et software (open source?) national: + appliquer/utiliser déclarations, labels, normes(?); accords volontaires avec importateurs; incitations financières; initiatives -> international international/global: + introduire déclarations, labels, normes; accords volontaires fabricants

Possible, mais Politiques pour une UPRE (2) adaptées (local, régional, national, internat/global), aussi autres que énergie: environnement, développement durable, infrastructures, transport, télécom, économie, finances, fiscalité pour deux raisons: coordination, renforcement, p. ex.: taxer plus les ressources naturelles et moins le travail humain domaines hors de l énergie, p. ex.: concessions UMTS, business models data centres

Références, littérature, links (1) 1&1: Brinkmann, Sebastian, 2004. Neues 1&1 Rechenzentrum ist online. http://web.zdnet.de/mobile/artikel/tkomm/200302/rechenzentrum-wc.html Aebischer, 2003: Environmental Impacts of ICT. Direct Impacts. Présentation dans le cadre du WSIS, PrepCom1, Geneva, 1-5 July 2002 Data centres: Aebischer et al., Energy- and Eco-Efficiency of Data Centres. Report commissioned by the Canton of Geneva, Geneva, Switzerland, 2003 http://www.cepe.ethz.ch/download/projects/data_centres_final_report_05012003.pdf Domotique 1: Aebischer et Huser, 2000. Vernetzung im Haushalt. Auswirkungen auf den Stromverbrauch. Networking in private Households. Impacts on electricity consumption http://www.cepe.ethz.ch/download/projects/bernard/haushaltsvernetzung_00.pdf http://www.cepe.ethz.ch/download/projects/bernard/haushaltsvernetzung_00_english.pdf Domotique 2: Huser et Aebischer, 2002. Energieanalyse Future-Life Haus http://www.cepe.ethz.ch/download/projects/sb_energieanalyse_futurelife.pdf Hayes, Brian, 2001: The Computer and the Dynamo. How Much and How Many. American Scientist, September-October 2001, Volume: 89 Number: 5 Page: 390 http://www.americanscientist.org/template/assetdetail/assetid/14386/page/4 Huber, Peter W., 1999: Peter W. Huber, Dig more coal -- the PCs are coming. Forbes Magazine, 05.31.99 http://www.forbes.com/forbes/1999/0531/6311070a.html ISI/CEPE: Clemens Cremer et al. Der Einfluss moderner Gerätegenerationen der Informations- und Kommunikationstechnik auf den Energieverbrauch in Deutschland bis zum Jahr 2010 Möglichkeiten zur Erhöhung der Energieeffizienz und zur Energieeinsparung in diesen Bereichen Projektnummer 28/01 Abschlussbericht an das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit. Karlsruhe/Zürich, Januar 2003. http://www.cepe.ethz.ch/download/projects/info-kom/isi%2bcepeiuk-abschlussbericht.pdf

Références, littérature, links (2) Lawrence Berkeley National Labs (LBNL) http://enduse.lbl.gov/projects/infotech.html LCA/UMTS: Faist Emmenegger, Mireille et al., 2003: LCA des Mobilfunksystems UMTS. Finanziert durch Forschungsstiftung Mobilkommunikation, ETHZ Mills, Mark, 1999: The Internet Begins With Coal, http://www.fossilfuels.org/electric/internet.htm TA pervasive computing: Hilty, Lorenz et al., 2003: Das Vorsorgeprinzip in der Informationsgesellschaft. Auswirkungen des Pervasive Computing auf Gesundheit und Umwelt. TA 46/2003. Zentrum für Technologiefolgenabschätzung, Bern, August 2003 (ISBN 3-908174-06-6) WSIS (World Summit of Information Society):http://www.itu.int/wsis/, www.wsis.ethz.ch WSIS, déclaration de principe et plan d action http://www.itu.int/wsis/documents/doc_multi-en- 1161 1160.asp Why and how the environment has to be taken into account at the World Summit on the Information Society, Geneva 2003 Tunis 2005 http://www.wsis.ethz.ch/declaration02.rtf