Software-Effizienz, ein Schlüssel für mehr Nachhaltigkeit

Angesichts der globalen Klimakrise sind gerade auch Unternehmen gefordert, ihre CO2-Emissionen zu reduzieren. Allein Rechenzentren und Datenübertragungsnetze haben einen sehr hohen Energieverbrauch, der erheblich zur Umweltbelastung beiträgt.

Mit effizienter Software können Unternehmen ihren Bedarf an IT-Infrastruktur reduzieren und so zu weniger Emissionen beitragen.

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur verursachen Rechenzentren und Netzwerke für die Datenübertragung zwischen 1 und 1,5 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs. Neben Rechenzentren mit ihrer Infrastruktur aus Servern, Netzwerkausrüstung, Gebäuden und Kühlanlagen gibt es einen weiteren großen Verursacher von Emissionen: die Geräteherstellung. So prognostiziert Greenpeace East Asia, dass bis 2030 allein der Stromverbrauch für die Halbleiterherstellung 237 Terawattstunden erreichen könnte. Diese gewaltige Menge entspricht dem gesamten Stromverbrauch Australiens im Jahr 2021.

Darüber hinaus treiben von Mitarbeitenden verwendete elektronische Endgeräte wie Computer, Mobiltelefone und Laptops sowie Netzwerkgeräte die Kohlenstoffemissionen von Unternehmen in die Höhe. Da all diese Geräte oft teuer in der Anschaffung sind, managen die meisten Firmen deren Lebenszyklus schon effektiv und sind damit in der Lage, ihre Emissionen zu verringern.

Ein weitere Stellschraube, um CO2-Emissionen zu reduzieren, wird allerdings häufig noch übersehen: die Software. Das mag zunächst überraschend klingen. Doch Software beeinflusst die Hardwareanforderungen ganz wesentlich. Es liegt daher nahe, dass effizientere Software zu weniger Hardwarebedarf führen kann. Was wiederum zu einer Verringerung der Emissionen beiträgt. Zusammenfassend lässt sich daher sagen, dass sich mit einer optimierten Software-Performance negative Umweltauswirkungen des IT-Betriebs verringern lassen.

Scope-3-Emissionen messen

Wenn es darum geht, Emissionen zu messen, verwalten und berichten, wird in der Regel der vom Greenhouse Gas Protocol entwickelte Standard für Unternehmen herangezogen. Dieser umfasst drei Bereiche, Scopes genannt: 

• Scope 1: Direkte Emissionen, die aus den Aktivitäten einer Organisation stammen wie beispielweise deren Brennstoffeinsatz oder der Kraftstoffverbrauch des Fuhrparks
• Scope 2: Indirekte Emissionen, die auf den Energieverbrauch innerhalb der Organisation zurückzuführen sind wie zum Beispiel der Bezug von Wärme oder Strom
• Scope 3: Indirekte Emissionen, die unter anderem aus der Lieferkette stammen und etwa den indirekten Energiebrauch umfassen

Unter Scope 3 fallen damit auch Emissionen, die durch die Nutzung von Cloud-Diensten entstehen. In der Vergangenheit waren sie schwierig zu quantifizieren, weshalb viele dieser Emissionen gar nicht gemessen wurden. Nun wächst jedoch der Druck auf Unternehmen, da einflussreiche Hyperscaler wie Amazon, Microsoft oder Google die mit ihren Cloud-Diensten verbundenen Emissionen offenlegen. Damit sind nun auch deren Kunden aufgerufen, diesem Beispiel zu folgen und ihre eigenen Scope-3-Emissionen genau zu messen. Durch diesen Wandel hin zu mehr Transparenz setzt sich mehr und mehr die Erkenntnis durch, welche Auswirkungen Cloud Computing auf die Umwelt hat. 

Nachhaltiger durch effizientere Software-Plattformen

Unternehmen, die sich mit Nachhaltigkeitsstrategien befassen, haben in den letzten Jahren vor allem auf die folgenden drei Elemente gesetzt:

• nachhaltige Energiequellen zu nutzen,
• die Effizienz von Rechenzentren zu steigern und
• effizientere elektronische Endverbrauchergeräte zu verwenden. 

Weniger im Fokus stand bisher der Einsatz effizienterer Software und Datenbanken. Er ist jedoch ebenso wirkungsvoll. Denn aktuelle Benchmarks und Analysen belegen, dass sich durch eine performante NoSQL-Realtime-Datenbank die Kohlenstoffemissionen drastisch reduzieren lassen. Diesen Ansatz verfolgt unter anderem TomTom, ein führender Entwickler von Ortungstechnologien, der für seine Kartierungs- und Navigationssysteme in Fahrzeugen bekannt ist. Durch die Umstellung auf eine solche Datenbank verringerte TomTom die Kohlenstoffemission seiner Plattform um 86 Prozent und konnte gleichzeitig Leistung und Stabilität steigern.

Idealerweise verarbeitet eine Realtime-Datenbank unterschiedliche Arbeitslasten in den gängigen NoSQL-Datenmodellen Key-Value, Document und Graph und bietet zudem SQL-Zugriff für Analysen. Ein derartiger Multimodell-Ansatz vereinfacht den Datenbankbetrieb und bietet neben niedrigen Latenzen einen hohen Durchsatz für alle Datenmodelle – bei gemischten Arbeitslasten im Giga- bis Petabyte-Bereich. Dank des Multimodell-Ansatzes lassen sich die Gesamtbetriebskosten drastisch senken. Selbst bei höchster Skalierung benötigt die Datenbank dann um bis zu 80 Prozent weniger Infrastruktur gegenüber herkömmlichen Key-Value-, Document- oder Graph-Datenbanken.

Das von TomTom erzielte Ergebnis unterstreicht die erheblichen Umweltvorteile effizienter Software. Darüber hinaus verringert sich durch eine solche Softwarelösung aber nicht nur der Ressourcenverbrauch. Sie erweist sich auch als kostengünstiger, verbessert die Leistung und vereinfacht die Wartungsprozesse. 

KI und ML befeuern den Bedarf an Rechenkapazität 

Seit dem Aufkommen von Large Language Models stehen Unternehmen vor einer großen Herausforderung in Sachen Nachhaltigkeit. Denn künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) erfordern immer mehr Rechen- und Speicherkapazität. So fanden Forscher der University of Massachusetts Amherst heraus, dass das Trainieren eines einzigen KI/ML-Modells fünfmal so viel Kohlenstoffemissionen ausstoßen kann wie die kumulierten Emissionen eines durchschnittlichen Autos während seiner gesamten Lebensdauer. Dieser Vergleich zeigt, wie wichtig es ist, die zugrundeliegende Software-Infrastruktur so effizient wir nur möglich zu betreiben. 

Bisher wurde die Effizienz von Software häufig mit Leistung und Geschwindigkeit gleichgesetzt. Im Bereich der Datenverarbeitung kann ein Algorithmus aber nur dann besser sein als andere, wenn er weniger Ressourcen zur Erfüllung einer Aufgabe benötigt, also beispielsweise weniger CPU-Zyklen. Daraus folgt, dass eine effizientere Software bei gleicher Aufgabe weniger Hardwareressourcen in Anspruch nehmen darf. IT-Unternehmen, die immer stärker gefordert sind, die Umweltauswirkungen der von ihnen eingesetzten Technologien oder Services zu bewerten, sollten daher unbedingt die Effizienz von Softwareplattformen messen.

Gemeinsam eine nachhaltige Zukunft gestalten

Wir stehen an der Schnittstelle zwischen technologischer Innovation und ökologischer Verantwortung. Der Schlüssel zur Verringerung unseres CO2-Fußabdrucks liegt in greifbarer Nähe. Doch zunächst müssen wir die Auswirkungen von Technologie auf die CO2-Emissionen vollständig verstehen. Es gilt, den Ausstoß genau messen und prognostizieren, um anschließend Maßnahmen zum Reduzieren der Emissionen zu ergreifen.

Ein möglicher Ansatz wäre, in der Softwarebranche einen Standard einzuführen. Dieser müsste die mit Softwareplattformen verbundenen Emissionen quantifizieren und öffentlich kommunizieren – ähnlich den Kennzeichnungen für Energieeffizienz auf elektronischen Geräten. Diese Kennzahl könnte als nicht-funktionale Anforderung für die Bewertung von Softwareplattformen dienen. Sie würde Entscheidungsträger in die Lage versetzen, ihre Anforderungen an Software-Architekturen um den Aspekt der Nachhaltigkeit zu ergänzen.