Accelerarea modernizării durabile cu Green IT Analyzer pe AWS – Blog IBM

Companiile îmbrățișează din ce în ce mai mult sarcinile de lucru mari de date, inclusiv calculul de înaltă performanță, inteligența artificială (AI) și învățarea automată (ML). Aceste tehnologii stimulează inovația în călătoriile lor hibride, multicloud, concentrându-se în același timp pe reziliență, performanță, securitate și conformitate. Companiile se străduiesc, de asemenea, să echilibreze această inovație cu reglementările în creștere de mediu, sociale și de guvernanță (ESG). Pentru majoritatea organizațiilor, operațiunile IT și modernizarea fac parte din obiectivul lor ESG și conform un sondaj recent al Foundry, aproximativ 60% dintre organizații caută furnizori de servicii specializați în domenii de tehnologie verde.

Pe măsură ce raportarea emisiilor de carbon devine obișnuită la nivel mondial, IBM se angajează să-și ajute clienții să ia decizii informate care pot ajuta la abordarea cererilor lor de energie și a impactului asociat carbonului, reducând în același timp costurile. Pentru a ajuta la construirea unor domenii IT mai durabile, IBM a încheiat un parteneriat cu Amazon Web Services (AWS) pentru a facilita călătoriile durabile de modernizare a cloud-ului.

Pe măsură ce companiile își accelerează modernizarea IT pentru a accelera transformarea digitală și pentru a obține avantaje de afaceri, apare o oportunitate semnificativă. Această oportunitate implică rearhitectarea mediilor IT și a portofoliilor de aplicații către proiecte mai ecologice și mai durabile. O astfel de abordare nu numai că conduce la eficiența costurilor, dar contribuie și la obiectivele mai largi de sustenabilitate corporativă.

Înțelegerea emisiilor de carbon din tehnologia digitală

Toate aplicațiile de afaceri pe care IBM le construiește și le rulează, fie pentru clienți externi sau interni, vin cu un costul carbonului, care se datorează în primul rând consumului de energie electrică. Indiferent de tehnologia pe care IBM a folosit-o pentru a dezvolta aceste aplicații sau servicii, operarea lor necesită hardware care consumă energie.
Emisiile de dioxid de carbon (CO2) produse de electricitatea din rețea variază în funcție de metodele de generare. Combustibilii fosili precum cărbunele și gazul emit cantități semnificative de carbon, în timp ce sursele regenerabile precum vântul sau solarul emit cantități neglijabile. Astfel, fiecare kilowatt (kW) de electricitate consumat contribuie direct la o anumită cantitate de CO2 echivalent (CO2e) eliberată în atmosferă.

Prin urmare, reducerea consumului de energie electrică duce în mod direct la scăderea emisiilor de carbon.

Amprenta de carbon în practică

Calculul, stocarea și rețelele sunt resursele tehnologice esențiale care consumă energie în procesul de construire a aplicațiilor și serviciilor. Activitatea lor necesită răcirea activă și gestionarea spațiilor centrului de date în care își desfășoară activitatea. În calitate de custozi ai practicilor IT sustenabile, trebuie să luăm în considerare modul în care putem reduce consumul de resurse prin activitățile noastre zilnice.

Centrele de date consumă energie din rețeaua care alimentează regiunea lor operațională. Această putere rulează diverse echipamente IT, cum ar fi servere, comutatoare de rețea și stocare, care la rândul lor sprijină aplicații și servicii pentru clienți. Această putere operează și sisteme auxiliare precum încălzirea, ventilația și aerul condiționat sau răcirea, care sunt esențiale pentru menținerea unui mediu care menține hardware-ul în limitele operaționale.

O cale de urmat către decarbonizare

Modernizarea aplicațiilor devine esențială pentru stimularea inovației și transformarea afacerilor. IBM Consulting® aplică cadrul AWS Well-Architected pentru a crea o lentilă personalizată pentru durabilitate pentru a efectua evaluări ale volumului de lucru pentru aplicații atât la nivel local, cât și pe AWS Cloud. Pentru a citi despre alte scenarii cheie și puncte de intrare ale IBM Consulting® Custom Lens for Sustainability, consultați articolul de blog: Modernizare durabilă a aplicațiilor folosind AWS Cloud.

În această postare pe blog, ne aprofundăm într-o analiză aprofundată pentru a evalua, implementa recomandări și analiza efectele emisiilor de carbon ale unei aplicații monolitice care rulează pe AWS printr-o lentilă de sustenabilitate.

Green IT Analyzer: O platformă cuprinzătoare de decarbonizare IT

Platforma Green IT Analyzer le permite clienților să-și transforme IT-ul tradițional într-un IT ecologic mai sustenabil și mai eficient din punct de vedere energetic. Servind ca un ghișeu unic, măsoară, raportează, creează linii de bază și oferă o vizualizare unificată de tablou de bord a amprentei de carbon în mediul cloud hibrid, inclusiv centrele de date private, cloudul public și dispozitivele utilizatorilor. Platforma poate măsura amprenta de carbon a domeniului IT atât la nivel granular, cât și la nivel de mașină virtuală (VM). Ajută la identificarea punctelor fierbinți de energie sau carbon pentru a dezvolta o foaie de parcurs de optimizare. Tehnica de evaluare a carbonului pe care o folosește se aliniază gaze cu efect de seră (GES) principii pentru sectorul tehnologiei informației și comunicațiilor.

Metodologie bazată pe locație

Înțelegerea emisiilor de carbon din sarcinile de lucru IT necesită familiarizarea cu mai multe concepte și valori cheie. Iată o prezentare generală la nivel înalt:

• Amprenta de carbon (CFP): Conceptul de amprentă de carbon este esențial pentru analiza noastră. CFP reprezintă cantitatea totală de CO₂ și emisii echivalente de GES asociate cu alimentarea unui centru de date, pornind de la o măsurare de bază a CFP mai mare sau egală cu zero. Este o măsură crucială pentru măsurarea impactului asupra mediului al operațiunilor centrului de date.
• Eficacitatea consumului de energie (PUE): O altă măsură critică este eficiența consumului de energie. PUE măsoară eficiența energetică a unui centru de date, calculată prin împărțirea energiei totale a instalației la energia consumată de echipamentele IT. Această diviziune dă un raport care indică eficiența: un PUE apropiat de 1 (unul) înseamnă eficiență ridicată, în timp ce valori mai mari sugerează o mai mare risipă de energie.
  Formula: PUE = (energie totală a instalației)/(energie consumată de echipamentele IT)
• Intensitatea carbonului (CI): În cele din urmă, luăm în considerare intensitatea carbonului. CI măsoară emisiile de carbon în grame pe kilowatt-oră (g/kWh) de generare a energiei din rețea care alimentează centrul de date. Această măsurătoare variază în funcție de sursa de energie. Rețelele alimentate cu cărbune pot avea un CI mai mare de 1,000 g/kWh, în timp ce rețelele alimentate cu surse regenerabile, cum ar fi eolian și solar, ar trebui să aibă un CI mai aproape de zero. (Panourile solare au unele CFP încorporate, dar au mult mai puțin în comparație cu combustibilii fosili.)

Să luăm în considerare o provocare majoră a clienților. Fiecare organizație se angajează să obțină emisii nete zero, iar IT joacă un rol crucial în realizarea agendei de sustenabilitate. Acest lucru poate implica reducerea amprentei de carbon a domeniului IT în sine – relevant în special pentru clienții financiari cu emisii mari determinate de IT – sau crearea unei platforme durabile care rulează pe IT ecologic.

Aplicațiile monolitice mai vechi, care rulează de obicei pe platforme bazate pe VM, fie în centre de date on-prem, fie în cloud-uri publice, reprezintă un domeniu de interes cheie. Apare o întrebare crucială: cum putem reduce consumul de resurse IT din aceste aplicații monolitice mai vechi, care dețin în general 20–30% din întregul portofoliu IT? Este mai eficient din punct de vedere energetic să treceți de la aplicațiile monolitice bazate pe VM la o arhitectură mai eficientă din punct de vedere energetic, bazată pe microservicii, care rulează pe o platformă container. Cu toate acestea, este esențial să se evalueze fiecare caz în mod individual, deoarece o abordare universală nu este întotdeauna eficientă.

Acest criteriu poate fi utilizat pentru a selecta candidații pentru transformarea aplicației:

• Aplicații cu mai mult de 70% -80% Utilizarea procesorului

• Experimentarea aplicațiilor vârfuri sezoniere în tranzacții, cum ar fi în preajma Ajunul Crăciunului, Diwali și alte sărbători legale

• Aplicații cu creșteri zilnice ale tranzacțiilor la anumite ore, cum ar fi îmbarcarea companiei aeriene dimineața devreme sau noaptea

• Unele componente de afaceri din aplicațiile monolitice care prezintă vârfuri de utilizare

Analiza stării așa cum este a aplicațiilor monolitice

Luați în considerare exemplul unei aplicații simple de magazin electronic care rulează pe AWS într-o VM Elastic Compute Cloud (EC2). Această aplicație, un e-CART, se confruntă cu sarcini sezoniere și a fost regăzduită (lift-and-shift) de la local la o instanță AWS EC2. Aplicațiile monolitice ca acest pachet completează toate funcțiile de afaceri într-o singură unitate implementabilă.

Următorul tabel descrie caracteristicile cheie ale aplicațiilor vechi e-Store.

Emisiile de carbon ale unei sarcini de lucru sunt direct legate de consumul de resurse, cum ar fi calcularea, stocarea și rețeaua, calculul fiind adesea cel mai important contributor. Aceasta variază în funcție de caracteristicile volumului de muncă; de exemplu, în industria media sau în streaming, transmisia de date prin rețea și stocarea seturilor mari de date nestructurate consumă energie considerabilă.

Graficul arată modelul de utilizare a procesorului atunci când are loc o activitate minimă a utilizatorului pe aplicația monolitică care rulează într-o singură instanță EC2.

Am folosit platforma Green IT Analyzer pentru a efectua o contabilizare a carbonului a stării așa cum este a aplicației monolitice, comparând-o cu starea țintă a aceleiași aplicații atunci când a fost rearhitectată într-o arhitectură de microservicii care rulează pe Servicii Amazon Elastic Kubernetes (EKS) platformă.

Pasul 1: Analiza cuprinzătoare a amprentei de carbon a aplicațiilor monolitice

În primul rând, ne concentrăm pe examinarea amprentei actuale de carbon a unei sarcini de lucru monolitice în diferite condiții de operare. Acest lucru ne oferă o linie de bază pentru identificarea zonelor de îmbunătățire.

Să calculăm amprenta de carbon estimată pentru volumul nostru de lucru monolitic atunci când avem tranzacții minime de utilizator și 45% din utilizarea procesorului:

• PUE al SUA est 1d AZ: 1.2
• CI: 415.755 grame CO2/kWh

A. Calcul estimat al carbonului atunci când nu există activitate de utilizator:

• Energie consumată: 9.76 g/W @ 45% utilizare
• Ore de funcționare a aceluiași volum de lucru: 300 de ore
• Emisii de carbon estimate pentru 300 de ore = PUE × CI × energie consumată de volumul de muncă
• = [(1.2 × 415.755 × 9.76) × 300] ÷ 1,000 = 1,460.79 grame de CO2e

B. Emisia estimată de carbon cu 500 de utilizatori simultani:

Într-un scenariu în care tranzacțiile la nivel de vârf au fost create conform cerințelor nefuncționale (NFR) pentru a testa capacitatea sistemului de a suporta vârfuri zilnice, utilizarea procesorului a crescut la 80% în timpul activității simultane a utilizatorilor. Această situație a declanșat o regulă de scalare automată setată să se activeze la utilizarea CPU de 80%. Regula prevede VM-uri suplimentare pentru a vă asigura că încărcarea fiecărei VM rămâne sub 60%. Echilibratorul de încărcare distribuie apoi eficient sarcina atât între mașinile virtuale existente, cât și între cele noi.

Datorită auto-scalării noilor instanțe EC2, a devenit disponibilă o VM suplimentară t2.large, ceea ce a condus la o scădere a utilizării medii la 40%.

• Emisii de carbon estimate pentru acest scenariu, cu ambele VM identice care rulează timp de 300 de ore = PUE × CI × energie consumată de sarcina de lucru
• = {[(1.2 × 415.755 × 9.76) × 300] × 2} ÷ 1,000 = 2,921.59 grame de CO2e

Pasul 2: Implementarea recomandărilor de durabilitate

Acest pas explorează o serie de recomandări de sustenabilitate și implementarea lor practică pentru aplicarea monolitică. Folosim evaluarea Custom Lens pentru durabilitate pentru a ghida aceste recomandări.

În primul rând, luăm în considerare descompunerea aplicațiilor monolitice în microservicii reactive bazate pe acțiuni. Această abordare este adaptată comportamentului sezonier al aplicației și modelelor de utilizare variate, ceea ce este util în special în perioadele de vârf, cum ar fi sezonurile festive, când traficul crește și se observă un accent pe artefacte de navigare peste tranzacțiile backend.

În al doilea rând, planul implică reducerea consumului de energie prin programarea procesării loturilor în perioadele de inactivitate, în special atunci când rețeaua centrului de date funcționează cu energie verde. Această abordare urmărește conservarea energiei prin reducerea la minimum a duratei tranzacțiilor de lungă durată.

În cele din urmă, strategia subliniază importanța alegerii unei platforme flexibile, cum ar fi AWS EKS sau Red Hat® OpenShift® on AWS (ROSA), care este capabilă să scaleze dinamic resursele pe baza traficului de rețea. O astfel de alegere a platformei ajută la asigurarea unei alocări optimizate a resurselor și este benefică pentru găzduirea microserviciilor reactive bazate pe acțiuni.

În rezumat, strategiile propuse includ descompunerea microservicii aliniată cu modelele de utilizare, programarea tranzacțiilor conștientă de energie și o alegere flexibilă a platformei pentru a îmbunătăți eficiența aplicației și utilizarea resurselor.

Aplicația refactorizată în microservicii este prezentată în imagine:

Acum să calculăm emisiile de carbon după transformarea aplicației monolitice în arhitectură bazată pe microservicii, urmând principiile de proiectare durabilă, în timp ce refactorăm aplicația sub umbrela modernizării durabile.

A. Contabilitatea estimată a carbonului fără încărcări sau cu puține încărcări:

• Nodul lucrător: 2 × t2.mediu
• Utilizare: 10% (când aplicația nu are încărcare)
• Energie consumată: 6 g/W la 5% utilizare
• PUE (1.2) și CI (415.755 grame de CO₂/kWh) rămân aceleași deoarece continuăm să folosim aceeași zonă de disponibilitate.
• Ore: 300
• Emisii de carbon estimate pentru 300 de ore = PUE × CI × energie consumată în funcție de volumul de muncă
• = [(1.2 × 415.755 × 6) × 300] ÷ 1,000 = 1,796 grame de CO₂e

Observații: Când nu există nicio încărcare pe sistem, o aplicație care rulează pe o VM este mai eficientă din punct de vedere al carbonului decât microservicii care rulează pe un cluster EKS.

B. Contabilitatea estimată a carbonului în timpul sarcinii de vârf:

Similar cu testarea de încărcare a aplicațiilor monolitice, am îmbarcat 500 de utilizatori și am declanșat tranzacții concurente pentru a îndeplini cerințele NFR în microserviciile pe care le-am construit.

• Nodul lucrător: 2 × t2.mediu
• Utilizare crescută datorită sarcinii: 10% până la 20%
• Energie consumată: 7.4 g/W la 20% utilizare
• PUE și CI rămân aceleași.
• Ore: 300
• Emisii de carbon estimate pentru 300 de ore = PUE × CI × energie consumată în funcție de volumul de muncă
• = [(1.2 × 415.755 × 7.4) × 300] ÷ 1,000 = 2,215.14 grame de CO₂e

Aici, scalarea automată a podurilor a avut loc pentru serviciile UI, dar serviciile de cărucior nu au necesitat mai multe resurse pentru extindere. În aplicațiile monolitice, extinderea întregii platforme este necesară, indiferent de funcțiile sau serviciile de afaceri care necesită mai multe resurse, ceea ce duce la o utilizare crescută cu 20%.

Observații: Să comparăm ambele scenarii.

1. Când sistemul este inactiv sau are un profil de încărcare constant pe tot parcursul ceasului: Când nu există aproape nicio sarcină, aplicațiile monolitice consumă mai puține resurse și emit aproape 18% mai puțin carbon decât aplicațiile bazate pe microservicii găzduite în clusterul EKS.
2. Când sistemul este la sarcină completă sau la sarcină variabilă: Când sistemul este la sarcină maximă, există a 24% reducerea CO₂ emisiile pe platforma Kubernetes în comparație cu o sarcină de lucru bazată pe VM. Acest lucru se datorează utilizării mai puține nuclee și utilizării mai reduse. Putem muta mai multe sarcini de lucru în același cluster și putem elibera mai multe nuclee din alte aplicații pentru a obține beneficii mai semnificative.

Acest scenariu este un exemplu de modul în care IBM^® Evaluarea Lens personalizată pentru volumul de lucru sustenabil pe AWS vă ajută să vă proiectați calea de modernizare durabilă și să reduceți amprenta totală de carbon a patrimoniului dumneavoastră IT.

Ghid de acțiune

Pentru organizațiile care apreciază sustenabilitatea, calculul responsabil și IT-ul ecologic nu sunt doar vitale; sunt pe deplin fezabile. Liderii IT pot atinge aceste obiective prin desfășurarea de activități ecologice care cuprind strategia, operațiunile și platformele IT.

• Ecologizarea platformelor IT: Utilizați refactorizarea pentru a migra aplicațiile în cloud public. Migrarea sarcinilor de lucru în cloud public fără a le optimiza pentru acest mediu poate crește costurile de operare și poate reduce sustenabilitatea. În schimb, îmbunătățiți încărcăturile de lucru pentru a fi mai native din cloud prin refactorizarea aplicațiilor pe baza unor factori precum ciclul lor de viață, frecvența actualizărilor și implementării și criticitatea afacerii.
• Optimizarea capacității VM inactive și a altor resurse cloud neutilizate: Activați observabilitatea la nivel de infrastructură pentru a identifica mașinile virtuale inactive din domeniul IT. Implementați automatizarea bazată pe reguli pentru a lua măsuri corective, cum ar fi ștergerea mașinilor virtuale inactive și a resurselor asociate care nu mai servesc funcțiilor de afaceri. În plus, optimizați dimensionarea VM pe baza traficului de rețea prin scalare automată.
• Crearea de resurse atunci când este necesar: Deși resursele cloud sunt elastice, obțineți beneficii limitate de eficiență dacă implementați sarcini de lucru în resurse fixe care rulează continuu, indiferent de utilizare. Identificați oportunitățile de furnizare și ștergere a resurselor după cum este necesar, cum ar fi utilizarea programării VM sau a caracteristicilor elastice în cadrul serviciilor cloud.
• Containerizarea sarcinilor de lucru: Folosind o platformă container în locul unui mediu VM tradițional, puteți reduce costurile anuale de infrastructură cu până la 75%. Platformele de containere permit programarea eficientă a containerelor într-un cluster de VM în funcție de cerințele lor de resurse.
• Modernizarea aplicațiilor dvs. monolitice la o arhitectură bazată pe microservicii: Selectați microservicii reactive în funcție de nevoile dvs.: microservicii reactive pentru invocarea bazată pe evenimente pentru a optimiza utilizarea resurselor, microservicii bazate pe evenimente pentru invocarea asincronă sau microservicii fără server pentru executarea unei singure funcții în funcție de nevoi.

Cadrul IBM Consulting Green IT Transformation, Custom Lens for Sustainability și platforma Green IT Analyzer ajută în mod colectiv clienții în călătoria lor de decarbonizare. Ambele cadre ajută la evaluarea sarcinilor de lucru, la identificarea pârghiilor de optimizare care pot reduce consumul de energie și la crearea unei foi de parcurs de modernizare a aplicațiilor care vă permite să vă atingeți obiectivele de sustenabilitate.

Aflați mai multe despre serviciile IBM Consulting pentru AWS Cloud.