Pospeševanje trajnostne modernizacije z Green IT Analyzer na AWS – IBM Blog

Podjetja vedno bolj sprejemajo podatkovno intenzivne delovne obremenitve, vključno z visoko zmogljivim računalništvom, umetno inteligenco (AI) in strojnim učenjem (ML). Te tehnologije spodbujajo inovacije na njihovih hibridnih potovanjih v več oblakih, medtem ko se osredotočajo na odpornost, zmogljivost, varnost in skladnost. Podjetja si prav tako prizadevajo uravnotežiti to inovacijo z naraščajočimi okoljskimi, socialnimi in upravnimi (ESG) predpisi. Za večino organizacij so operacije IT in posodobitev del njihovega ESG cilja in v skladu s nedavno raziskavo Foundrypribližno 60 % organizacij išče ponudnike storitev, specializirane za področja zelene tehnologije.

Ker poročanje o emisijah ogljika postaja običajno po vsem svetu, je IBM zavezan k pomoči svojim strankam pri sprejemanju informiranih odločitev, ki lahko pomagajo pri reševanju njihovih potreb po energiji in povezanem vplivu ogljika, hkrati pa zmanjšujejo stroške. Za pomoč pri gradnji bolj trajnostnih posestev IT je IBM sklenil partnerstvo z Amazon Web Services (AWS), da bi olajšal trajnostna potovanja modernizacije oblaka.

Ko podjetja pospešeno posodabljajo svojo IT, da bi pospešila digitalno preobrazbo in pridobila poslovno prednost, se pojavi pomembna priložnost. Ta priložnost vključuje preoblikovanje IT okolij in portfeljev aplikacij v smeri bolj zelenih in trajnostnih zasnov. Takšen pristop ne spodbuja le stroškovne učinkovitosti, ampak prispeva tudi k širšim ciljem trajnostnega razvoja podjetja.

Razumevanje emisij ogljika iz digitalne tehnologije

Vse poslovne aplikacije, ki jih IBM gradi in izvaja, ne glede na to, ali so namenjene zunanjim ali notranjim strankam, so opremljene z strošek ogljika, kar je predvsem posledica porabe električne energije. Ne glede na tehnologijo, ki jo je IBM uporabil za razvoj teh aplikacij ali storitev, njihovo delovanje zahteva strojno opremo, ki porablja energijo.
Emisije ogljikovega dioksida (CO2), ki jih proizvaja električna energija iz omrežja, se razlikujejo glede na metode proizvodnje. Fosilna goriva, kot sta premog in plin, oddajajo znatne količine ogljika, medtem ko obnovljivi viri, kot sta veter ali sonce, oddajajo zanemarljive količine. Tako vsak kilovat (kW) porabljene električne energije neposredno prispeva k določeni količini ekvivalenta CO2 (CO2e), sproščenega v ozračje.

Zato zmanjšanje porabe električne energije neposredno vodi do nižjih emisij ogljika.

Ogljični odtis v praksi

Računalništvo, shranjevanje in mreženje so bistveni tehnološki viri, ki porabljajo energijo v procesu gradnje aplikacij in storitev. Njihova dejavnost zahteva aktivno hlajenje in upravljanje prostorov podatkovnih centrov, v katerih delujejo. Kot skrbniki trajnostnih praks IT moramo razmisliti, kako lahko zmanjšamo porabo virov pri vsakodnevnih dejavnostih.

Podatkovni centri črpajo energijo iz omrežja, ki oskrbuje njihovo območje delovanja. Ta moč poganja različno opremo IT, kot so strežniki, omrežna stikala in shramba, ki nato podpirajo aplikacije in storitve za stranke. Ta moč upravlja tudi pomožne sisteme, kot so ogrevanje, prezračevanje in klimatizacija ali hlajenje, ki so bistveni za vzdrževanje okolja, ki strojno opremo ohranja v mejah delovanja.

Pot naprej do razogljičenja

Posodabljanje aplikacij postaja ključnega pomena za spodbujanje inovacij in preoblikovanje podjetij. IBM Consulting® uporablja ogrodje AWS Well-Architected za ustvarjanje Custom Lens for Sustainability za izvajanje ocen delovne obremenitve za aplikacije v prostorih in v oblaku AWS. Če želite prebrati o drugih ključnih scenarijih in vstopnih točkah IBM Consulting® Custom Lens for Sustainability, si oglejte objavo v spletnem dnevniku: Trajnostna posodobitev aplikacij z uporabo AWS Cloud.

V tem blogu se poglobimo v poglobljeno analizo za oceno, izvajanje priporočil in analizo učinkov monolitne aplikacije, ki se izvaja na AWS, na emisije ogljika skozi trajnostno lečo.

Green IT Analyzer: celovita platforma za dekarbonizacijo IT

Platforma Green IT Analyzer strankam omogoča preoblikovanje njihove tradicionalne IT v energetsko učinkovitejšo, trajnostno zeleno IT. Kot točka na enem mestu meri, poroča, ustvarja izhodišča in zagotavlja poenoten pogled na nadzorno ploščo ogljičnega odtisa v okolju hibridnega oblaka – vključno z zasebnimi podatkovnimi centri, javnim oblakom in uporabniškimi napravami. Platforma lahko meri ogljični odtis nepremičnine IT tako na granularni ravni kot na ravni virtualnega stroja (VM). Pomaga prepoznati žarišča energije ali ogljika za razvoj načrta optimizacije. Tehnika ocenjevanja ogljika, ki jo uporablja, je usklajena toplogredni plin (GHG) načela za sektor informacijske in komunikacijske tehnologije.

Lokacijska metodologija

Razumevanje emisij ogljika zaradi delovnih obremenitev IT zahteva poznavanje več ključnih konceptov in meritev. Tukaj je pregled na visoki ravni:

• Ogljični odtis (CFP): Koncept ogljičnega odtisa je osrednjega pomena za našo analizo. CFP predstavlja skupno količino CO₂ in ekvivalentne emisije toplogrednih plinov, povezane z napajanjem podatkovnega centra, začenši z osnovno meritvijo CFP, ki je večja ali enaka nič. To je ključna metrika za merjenje okoljskega vpliva operacij podatkovnega centra.
• Učinkovitost porabe energije (PUE): Druga kritična metrika je učinkovitost porabe energije. PUE meri energetsko učinkovitost podatkovnega centra, izračunano tako, da skupno energijo objekta delimo z energijo, ki jo porabi oprema IT. Ta delitev daje razmerje, ki kaže učinkovitost: PUE blizu 1 (ena) pomeni visoko učinkovitost, medtem ko višje vrednosti kažejo na večjo porabo energije.
  Formula: PUE = (celotna energija objekta)/(energija, ki jo porabi oprema IT)
• Intenzivnost ogljika (CI): Na koncu upoštevamo intenzivnost ogljika. CI meri emisije ogljika v gramih na kilovatno uro (g/kWh) pri proizvodnji električne energije iz omrežja, ki napaja podatkovni center. Ta metrika se razlikuje glede na vir energije. Omrežja, ki jih poganja premog, imajo lahko CI večji od 1,000 g/kWh, medtem ko bi morala imeti omrežja, ki jih poganjajo obnovljivi viri, kot sta veter in sonce, CI bližje ničli. (Solarni paneli imajo nekaj vgrajenega CFP, vendar ga imajo veliko manj v primerjavi s fosilnimi gorivi.)

Razmislimo o velikem izzivu stranke. Vsaka organizacija je zavezana k doseganju ničelnih neto emisij, IT pa igra ključno vlogo pri doseganju trajnostne agende. To lahko vključuje zmanjšanje ogljičnega odtisa samega IT-posestva – kar je še posebej pomembno za finančne stranke z visokimi emisijami, ki jih poganja IT – ali ustvarjanje trajnostne platforme, ki deluje na okolju prijaznem IT-ju.

Starejše monolitne aplikacije, ki se običajno izvajajo na platformah, ki temeljijo na VM, bodisi v lokalnih podatkovnih centrih bodisi v javnih oblakih, so ključno osredotočeno področje. Postavlja se ključno vprašanje: kako lahko zmanjšamo porabo virov IT iz teh starejših monolitnih aplikacij, ki imajo na splošno 20–30 % celotnega portfelja IT? Energetsko učinkovitejši je prehod z monolitnih aplikacij, ki temeljijo na VM, na energetsko učinkovitejšo arhitekturo, ki temelji na mikrostoritvah in deluje na vsebniški platformi. Vendar pa je nujno, da ocenite vsak primer posebej, saj pristop, ki ustreza vsem, ni vedno učinkovit.

Ta merila se lahko uporabijo za izbiro kandidatov za preoblikovanje aplikacije:

• Aplikacije z več kot 70% –80% Izkoriščenost CPE

• Aplikacije doživlja sezonski skoki pri transakcijah, na primer okoli božičnega večera, Diwalija in drugih državnih praznikov

• Aplikacije z dnevne skoke v transakcijah ob določenih urah, na primer vkrcanje na letalo zgodaj zjutraj ali zvečer

• Nekatere poslovne komponente znotraj monolitnih aplikacij, ki kažejo skokove uporabe

Analiza stanja monolitnih aplikacij

Razmislite o primeru preproste aplikacije e-Store, ki se izvaja na AWS v VM Elastic Compute Cloud (EC2). Ta aplikacija, e-CART, je izpostavljena sezonskim delovnim obremenitvam in je bila ponovno gostovana (lift-and-shift) iz lokala v instanco AWS EC2. Monolitne aplikacije, kot je ta, združujejo vse poslovne funkcije v eno enoto, ki jo je mogoče namestiti.

Naslednja tabela opisuje ključne značilnosti starejših aplikacij e-trgovine.

Emisije ogljika pri delovni obremenitvi so neposredno povezane s porabo virov, kot so računalništvo, shranjevanje in omrežje, pri čemer računalništvo pogosto največ prispeva k temu. To se razlikuje glede na značilnosti delovne obremenitve; na primer v medijski ali pretočni industriji prenos podatkov po omrežju in shranjevanje velikih nestrukturiranih nizov podatkov porabita precej energije.

Graf prikazuje vzorec uporabe CPE, ko se v monolitni aplikaciji, ki se izvaja v enem primerku EC2, izvaja minimalna uporabniška dejavnost.

Platformo Green IT Analyzer smo uporabili za izvedbo obračunavanja ogljika v stanju, kot je, monolitne aplikacije, in ga primerjali s ciljnim stanjem iste aplikacije, ko je bila preoblikovana v arhitekturo mikrostoritve, ki se izvaja na Storitve Amazon Elastic Kubernetes (EKS) platforma.

1. korak: Celovita analiza ogljičnega odtisa monolitnih aplikacij

Najprej se osredotočamo na preučevanje trenutnega ogljičnega odtisa monolitne delovne obremenitve v različnih pogojih delovanja. To nam daje osnovo za prepoznavanje področij za izboljšave.

Izračunajmo ocenjeni ogljični odtis za našo monolitno delovno obremenitev, ko imamo minimalne uporabniške transakcije in 45-odstotno izkoriščenost procesorja:

• PUE vzhoda ZDA 1d AZ: 1.2
• CI: 415.755 gramov CO2/kWh

A. Izračun ocenjenega ogljika, ko ni dejavnosti uporabnika:

• Poraba energije: 9.76 g/W pri 45 % izkoriščenosti
• Delovne ure enake obremenitve: 300 ur
• Ocenjene emisije ogljika za 300 ur = PUE × CI × porabljena energija z delovno obremenitvijo
• = [(1.2 × 415.755 × 9.76) × 300] ÷ 1,000 = 1,460.79 gramov CO2e

B. Ocenjeni izpusti ogljika s sočasnimi 500 uporabniki:

V scenariju, kjer so bile transakcije na najvišji ravni ustvarjene v skladu z nefunkcionalnimi zahtevami (NFR), da se preizkusi sposobnost sistema, da podpira dnevne konice, se je izkoriščenost CPU med sočasno dejavnostjo uporabnika povečala na 80 %. Ta situacija je sprožila pravilo samodejnega skaliranja, nastavljeno tako, da se aktivira pri 80-odstotni izkoriščenosti procesorja. Pravilo določa dodatne VM, ki pomagajo zagotoviti, da obremenitev vsakega VM ostane pod 60 %. Izravnalnik obremenitve nato učinkovito porazdeli obremenitev med obstoječe in nove VM.

Zaradi samodejnega skaliranja novih instanc EC2 je postal na voljo dodaten t2.large VM, kar je povzročilo padec povprečne izkoriščenosti na 40 %.

• Ocenjene emisije ogljika za ta scenarij, ko oba enaka VM delujeta 300 ur = PUE × CI × energija, porabljena z delovno obremenitvijo
• = {[(1.2 × 415.755 × 9.76) × 300] × 2} ÷ 1,000 = 2,921.59 gramov CO2e

2. korak: Izvajanje priporočil glede trajnosti

Ta korak raziskuje vrsto priporočil glede trajnosti in njihovo praktično izvedbo za monolitno aplikacijo. Pri teh priporočilih uporabljamo oceno Custom Lens za trajnost.

Najprej razmišljamo o razgradnji monolitnih aplikacij v reaktivne mikrostoritve, ki temeljijo na dejanjih. Ta pristop je prilagojen sezonskemu vedenju aplikacije in različnim vzorcem uporabe, kar je še posebej uporabno v obdobjih največje obremenitve, kot so praznične sezone, ko se promet poveča in je opaziti osredotočenost na brskanje po artefaktih nad zalednimi transakcijami.

Drugič, načrt vključuje zmanjšanje porabe energije z razporejanjem paketne obdelave v obdobjih mirovanja, zlasti ko omrežje podatkovnega centra deluje na zeleno energijo. Cilj tega pristopa je varčevanje z energijo z zmanjšanjem trajanja dolgotrajnih transakcij.

Končno strategija poudarja pomen izbire prilagodljive platforme, kot je AWS EKS ali Red Hat® OpenShift® na AWS (ROSA), ki je sposobna dinamično prilagajati vire na podlagi omrežnega prometa. Takšna izbira platforme pomaga zagotoviti optimizirano dodeljevanje virov in je koristna za gostovanje reaktivnih mikrostoritev, ki temeljijo na dejanjih.

Če povzamemo, predlagane strategije vključujejo razgradnjo mikrostoritev, usklajeno z vzorci uporabe, energijsko osveščeno razporejanje transakcij in prilagodljivo izbiro platforme za izboljšanje učinkovitosti aplikacij in izrabe virov.

Aplikacija, predelana v mikrostoritve, je prikazana na sliki:

Zdaj pa izračunajmo emisije ogljika po preoblikovanju monolitne aplikacije v arhitekturo, ki temelji na mikrostoritvah, v skladu z načeli trajnostnega oblikovanja, medtem ko preoblikujemo aplikacijo pod okriljem trajnostne posodobitve.

A. Ocenjeni obračun ogljika brez ali z malo obremenitvami:

• Delovno vozlišče: 2 × t2.srednje
• Izkoriščenost: 10% (ko aplikacija ni obremenjena)
• Poraba energije: 6 g/W pri 5% izkoristku
• PUE (1.2) in CI (415.755 gramov CO₂/kWh) ostajajo enaki, ker še naprej uporabljamo isto območje razpoložljivosti.
• Ure: 300
• Ocenjene emisije ogljika za 300 ur = PUE × CI × energija, porabljena z delovno obremenitvijo
• = [(1.2 × 415.755 × 6) × 300] ÷ 1,000 = 1,796 gramov CO₂e

Opažanja: Ko sistem ni obremenjen, je aplikacija, ki se izvaja na VM, bolj učinkovita glede ogljika kot mikrostoritve, ki se izvajajo v gruči EKS.

B. Ocenjeni obračun ogljika med največjo obremenitvijo:

Podobno kot pri obremenitvenem testiranju monolitnih aplikacij smo vključili 500 uporabnikov in sprožili sočasne transakcije, da bi izpolnili zahteve NFR v mikrostoritvah, ki smo jih zgradili.

• Delovno vozlišče: 2 × t2.srednje
• Povečana izkoriščenost zaradi obremenitve: 10 % do 20 %
• Poraba energije: 7.4 g/W pri 20% izkoristku
• PUE in CI ostajata enaka.
• Ure: 300
• Ocenjene emisije ogljika za 300 ur = PUE × CI × energija, porabljena z delovno obremenitvijo
• = [(1.2 × 415.755 × 7.4) × 300] ÷ 1,000 = 2,215.14 gramov CO₂e

Tukaj je prišlo do samodejnega skaliranja podov za storitve uporabniškega vmesnika, vendar storitve vozičkov niso zahtevale več virov za povečanje. V monolitnih aplikacijah je potrebno povečanje celotne platforme, ne glede na to, katere poslovne funkcije ali storitve zahtevajo več virov, kar vodi do povečane izkoriščenosti za 20 %.

Opažanja: Primerjajmo oba scenarija.

1. Ko je sistem nedejaven ali ima enakomeren profil obremenitve skozi uro: Ko skoraj ni obremenitve, monolitne aplikacije porabijo manj virov in skoraj oddajajo 18% manj ogljika kot aplikacije, ki temeljijo na mikrostoritvah in gostujejo v gruči EKS.
2. Ko je sistem pri polni obremenitvi ali spremenljivi obremenitvi: Ko je sistem pri polni obremenitvi, obstaja a 24% zmanjšanje CO₂ emisije na platformi Kubernetes v primerjavi z delovno obremenitvijo, ki temelji na VM. To je posledica uporabe manjšega števila jeder in manjše izkoriščenosti. V isti gruči lahko premaknemo več delovnih obremenitev in sprostimo več jeder iz drugih aplikacij, da pridobimo pomembnejše koristi.

Ta scenarij je primer, kako IBM^® Ocena objektiva po meri za trajnost pri delovni obremenitvi AWS pomaga oblikovati vašo trajnostno posodobitveno pot in zmanjšati skupni ogljični odtis vašega IT-posestva.

Vodnik za ukrepanje

Za organizacije, ki cenijo trajnost, odgovorno računalništvo in zelena IT niso le ključnega pomena; so povsem izvedljivi. Vodje IT lahko dosežejo te cilje z izvajanjem okolju prijaznih dejavnosti, ki vključujejo IT strategijo, operacije in platforme.

• Ozelenitev vaših IT platform: uporabite refactoring za selitev aplikacij v javni oblak. Selitev delovnih obremenitev v javni oblak brez njihove optimizacije za to okolje lahko poveča operativne stroške in zmanjša trajnost. Namesto tega izboljšajte delovne obremenitve, da bodo bolj izvorne v oblaku, tako da preoblikujete aplikacije na podlagi dejavnikov, kot so njihov življenjski cikel, pogostost posodabljanja in uvajanja ter poslovna kritičnost.
• Optimizacija nedejavne zmogljivosti VM in drugih neuporabljenih virov v oblaku: Omogočite opazovanje na ravni infrastrukture za prepoznavanje nedejavnih navideznih računalnikov v vašem IT posestvu. Implementirajte avtomatizacijo na podlagi pravil za izvajanje korektivnih ukrepov, kot je brisanje nedejavnih navideznih strojev in povezanih virov, ki ne služijo več poslovnim funkcijam. Poleg tega optimizirajte velikost VM na podlagi omrežnega prometa s samodejnim skaliranjem.
• Ustvarjanje virov po potrebi: Čeprav so viri v oblaku elastični, pridobite omejene prednosti učinkovitosti, če razporedite delovne obremenitve v fiksne vire, ki delujejo neprekinjeno, ne glede na uporabo. Ugotovite priložnosti za zagotavljanje in brisanje virov po potrebi, kot je uporaba razporejanja VM ali elastičnih funkcij v storitvah v oblaku.
• Delovne obremenitve v kontejnerjih: Z uporabo vsebniške platforme namesto tradicionalnega okolja VM lahko zmanjšate letne stroške infrastrukture za do 75%. Kontejnerske platforme omogočajo učinkovito razporejanje vsebnikov v gruči navideznih strojev na podlagi njihovih zahtev glede virov.
• Posodobitev vaših monolitnih aplikacij v arhitekturo, ki temelji na mikrostoritvah: Izberite reaktivne mikrostoritve glede na vaše potrebe: reaktivne mikrostoritve za priklic na podlagi dogodkov za optimizacijo uporabe virov, mikrostoritve na podlagi dogodkov za asinhrone priklice ali mikrostoritve brez strežnika za izvajanje posamezne funkcije na podlagi potrebe.

Ogrodje IBM Consulting Green IT Transformation, Custom Lens for Sustainability in platforma Green IT Analyzer skupaj pomagajo strankam na njihovi poti dekarbonizacije. Oba ogrodja pomagata oceniti delovne obremenitve, identificirati vzvode za optimizacijo, ki lahko zmanjšajo porabo energije, in ustvariti načrt za posodobitev aplikacij, ki vam omogoča doseganje vaših trajnostnih ciljev.

Izvedite več o storitvah IBM Consulting za AWS Cloud.