Green coding: Innovation für eine nachhaltigere IT?

Die Herausforderung Klimawandel betrifft auch die Technologiebranche. Neue IT-Ansätze bieten Möglichkeiten für mehr Nachhaltigkeit.

Die CO2-Emissionen digitaler Technologien sind seit dem Jahr 2013 in den OECD-Ländern um rund 450 Millionen Tonnen angestiegen. Auch der Digitalmarkt in der Schweiz ist kräftig im Aufschwung. Die SWICO - als Wirtschaftsverband der ICT - und Online-Branche – ermittelt regelmässig den SWICO ICT-Index. Dieser Index zeigt auf, dass sich die ICT-Branche ungebrochen im Wachstum befindet und den vierthöchsten Wert mit 117.0 Punkten seit Messbeginn verzeichnet. Dieser stetig fortschreitende Technologiewandel hat wesentlichen Einfluss auf die Gesellschaft, auf Unternehmen und damit auch auf technologische Infrastrukturen einschliesslich Rechenleistungen und Energieverbräuche. Auch die Nachfrage nach Rohstoffen wie seltene Erden und Metalle, die sowohl für digitale als auch für kohlenstoffarme Energietechnologien unerlässlich sind, nimmt stetig zu. Dies zeigt, analoge Ressourcen werden für die digitale Welt benötigt. Gemessen an den globalen Treibhausemissionen ist der Anteil der digitalen Technologien seit 2013 von 2,5 % auf 3,7 % der globalen Emissionen angestiegen. Der weltweite Energiebedarf in Rechencentern etwa hat sich in den letzten zehn Jahren vervierfacht.

Noch vor gut zehn Jahren waren Umweltschutzaspekte und Energieeinsparungen in der IT geringe bis keinerlei Entscheidungskriterien. So gaben seinerzeit in einer repräsentativen Umfrage lediglich 5 % befragter Unternehmen an, ökologische Aspekte bei IT-Kostenentscheidungen zu berücksichtigen. Wiederum 16 % der befragten Unternehmensverantwortlichen gaben an, dass Klimaschutz nur eine geringe bis gar keine Bedeutung habe. Inzwischen hat sich der Mindset gewandelt und 69 % der IT-Verantwortlichen weltweit nennen die Reduktion der Energiekosten als Hauptgrund für Green-IT-Initiativen.

Grundsätzlich lässt sich Green-IT mit den Bestrebungen, die Nutzung von IT über deren gesamten Lebenszyklusprozess hinweg Umwelt- und Ressourcenschonend zu gestalten, übersetzen. Einschliesslich der Optimierung bei der Herstellung, des Betriebs und der Entsorgung von Hardware. In diesem Zusammenhang gewinnt immer mehr auch das nachhaltige Software-Engineering, das sogenannte Green Coding oder auch Sustainable Programming, an Bedeutung. Green Coding lässt sich frei übersetzen mit dem Programmieren, Bereitstellen und Ausführen von Software auf eine wesentlich umweltfreundlichere Weise.

Digitale Technologien basieren dabei auf programmierte Algorithmen und Daten mit redundanten Abschnitten, die zu vermehrten CPU-Parsing- oder Netzwerk-Zeiten führen. Grundlage hierfür bilden sogenannte Open-Source-Codes, die in ca. 90 % der Softwareentwicklungen genutzt werden. Diese Codes werden in der Regel durch Dritte programmiert und lösen Aufgabenstellungen nicht immer massgeschneidert, sondern enthalten redundante Abschnitte, tote Codes oder digitale Artefakte, die dann Anwendungen verlangsamen lassen. Jährlich entstehen weltweit Energiekosten von ca. 3,7 Milliarden Dollar allein durch nicht genutzte Prozesse und Ressourcen.

Zwar steckt Green Coding oftmals noch in den Kinderschuhen, doch der Einsatz von abgestimmten Algorithmen, die effiziente Datennutzung und -Ablage und die Auswahl der passenden Architektur werden immer mehr Teil innovativer Programmierung und IT-Nutzung. Daraus lässt sich verallgemeinern, dass jede Code-Zeile das Potenzial zur Emissionsreduktion in sich trägt. Noch gibt es wenige einheitliche Standards für die Nutzung von Eco-Design-Labels oder Zertifikaten, welche den gesamten Anwendungszyklus einer Software qualitativ messen und kontrollieren. Jedoch zeigen diese Steigerungsraten, dass innovative Wege für nachhaltige Lösungsansätze gefunden werden müssen.

Entwicklung in der ICT

Der Big Data-Analytics-Markt wird bis zum Jahr 2027 um voraussichtlich ca. 280 % wachsen und der Markt für Cloud-Computing um ca. 230 %. Der globale KI-Markt bis 2027 sogar um knapp 1000. Des Weiteren hat das Statistische Bundesamt Deutschlands ermittelt, wie stark das Internet in den letzten fünf Jahren an Datenvolumen gewachsen ist: Von rund 40 Exabyte (das entspricht 40 Millionen Terabyte) an Daten im Jahr 2014, auf knapp 140 Exabyte im 2019. Für 2022 rechnet die Statistikbehörde mit einem Anstieg auf über 270 Exabyte.

Diese enormen Wachstumsdimensionen in Soft- und Hardware zeigen, wie wichtig es ist, sich mit Sustainability & Green Coding zu beschäftigen. Die nachfolgende Grafik zeigt, die wesentlichen Schlüsselfaktoren für eine nachhaltige IT und deren Verkettung. Mittels Green Coding lassen sich durch geringere Prozessoren- und Speicherauslastung ca. 30 % der Energieverbräuche einsparen und gleichzeitig eine viele höhere Performance erzielen. Die nachfolgende Grafik soll hierzu einen Überblick liefern, um aufzuzeigen, wie einzelne Hardwareinfrastrukturen, Methodentools und Software zur Anwendung kommen können.

Konkretes Anwendungsbeispiel

Gemeinsam mit einem Kunden aus der Versicherungsbranche konnte ein Expertenteam von Zühlke eine Versicherungs-mathematische Web-App entwickeln, welche die Anforderungen hinsichtlich grosser Datenmengen, komplexer Berechnungsvorgängen und Schutz von sensiblen Daten garantiert.  Hierzu werden die bestehenden Software-Lösungen mittels High-Performance-Tools von Zühlke analysiert. Speziell der Einsatz von sogenannten Tree-Shaking-Engines unterstützen dabei, tote Codes zu finden. Auf Basis der Analyseergebnissen entscheiden wir uns gemeinsam mit dem Kunden, einen vollständig neuen Algorithmus zu entwickeln, mit dem Ziel, Arbeitsvorgänge zu erleichtern, prozessuale Abläufe innerhalb der Anwendung, auch für die User, zu beschleunigen und dabei auf Green Coding zu setzen. Konkret konnten Berechnungen – trotz gewaltigen Datenmengen- von mehreren Stunden auf wenige Minuten beschleunigt werden. Gemäss eines Testats der Wirtschaftsprüfer zur Verwendung der Berechnungssoftware konnten mittels Green Coding die Energiekosten um ca. 20 % gesenkt werden und CO2-Einsparungen von rund 100 Kilogramm pro Jahr erreicht werden.

Dieses Praxis-Beispiel zeigt eindrücklich das Potenzial von neuen Ansätzen wie Green Coding auf dem Weg zu einer nachhaltigeren IT.   Damit Unternehmen ihre gesteckten Nachhaltigkeitsziele erreichen können, müssen neben strategischen auch organisatorische sowie technologische Veränderungen innerhalb der Wertschöpfungsketten angegangen werden. Dabei gilt es mit einem 360-Grad-Blick durch das Unternehmen zu gehen und die Herausforderungen anzunehmen. Ein Schritt in diese Richtung stellt dabei die Verbesserung der IT-Effizienz dar, bezogen auf Hard- und Software. Dadurch kann die Transformation hin zu einer nachhaltigen Organisation gelingen.