绿色信息技术(Green computing),或绿色可持续性,是环境可持续计算或IT的研究和实践。

绿色信息技术的目标与绿色化学类似:减少有害物质的使用,在产品生命周期内最大限度地提高能源效率,废弃产品的可回收性或生物降解性以及工厂废弃物。 绿色信息技术对于从手持系统到大型数据中心的所有类别的系统都很重要。

许多企业IT部门都有绿色信息技术计划,以减少其IT运营对环境的影响。

1992年,美国环境保护署启动了能源之星,这是一项自愿性标签计划,旨在促进和认可监测仪,气候控制设备和其他技术的能效。 这导致消费电子产品中的睡眠模式被广泛采用。 同时,瑞典组织TCO Development推出了TCO认证计划,以促进基于CRT的计算机显示器的低磁和电气排放; 该计划后来扩展到包括能源消耗,人体工程学以及在建筑中使用危险材料的标准。

法规和行业倡议
经济合作与发展组织(OECD)发布了一项关于“绿色ICT”的90多个政府和行业倡议的调查,即信息和通信技术,环境和气候变化。 该报告的结论是,各项举措往往侧重于绿色信息通信技术本身,而不是实际实施,以应对全球变暖和环境恶化。 一般而言,只有20%的举措具有可衡量的目标,政府计划倾向于比商业协会更频繁地包括目标。

政府
许多政府机构继续实施鼓励绿色信息技术的标准和法规。 能源之星计划于2006年10月进行了修订,包括对计算机设备的更严格的效率要求,以及针对已批准产品的分层排名系统。

到2008年,美国26个州建立了针对过时计算机和消费电子设备的全州回收计划。 法规要么对零售的每个单位征收“提前回收费”,要求制造商回收处置的设备。

2010年,奥巴马总统签署了“美国复苏与再投资法案”(ARRA)。 该法案拨款超过900亿美元用于绿色计划(可再生能源,智能电网,能源效率等)。2010年1月,美国能源部向ARRA提供了4700万美元的ARRA资金用于旨在提高能源效率的项目。数据中心。 这些项目提供了优化数据中心硬件和软件,改进电源链和数据中心冷却技术的研究。

行业
Climate Savers Computing Initiative(CSCI)旨在降低处于活动和非活动状态的PC的电力消耗。 CSCI提供其成员组织的绿色产品目录,以及降低PC功耗的信息。 它始于2007-06-12。 该名称源于世界自然基金会的气候拯救计划,该计划于1999年启动。世界自然基金会也是计算机倡议的成员。
绿色电子委员会提供电子产品环境评估工具(EPEAT),以协助购买“更环保”的计算系统。 理事会根据51个标准评估计算设备 – 需要23个标准和28个可选标准 – 衡量产品的效率和可持续性属性。 产品根据他们遇到的可选标准被评为金,银或铜。 在2007-01-24,乔治·W·布什总统发布了行政命令13423,要求所有美国联邦机构在购买计算机系统时使用EPEAT。
绿色网格是一个致力于提高数据中心和商业计算生态系统能效的全球联盟。 它由业内的几家主要公司成立于2007年2月 – AMD,APC,戴尔,惠普,IBM,英特尔,微软,Rackable Systems,SprayCool(由Parker于2010年收购),Sun Microsystems和VMware。 绿色网格已发展到数百名成员,包括最终用户和政府组织,所有成员都致力于提高数据中心基础设施效率(DCIE)。
Green500列表按能效(兆瓦/瓦特)对超级计算机进行评级,鼓励人们关注效率而不是绝对性能。
Green Comm Challenge是一个促进信息和通信技术(ICT)领域节能技术和实践发展的组织。
交易处理性能委员会(TPC)能源规范通过允许能源指标的可选出版物以及性能结果来增强现有的TPC基准。
SPECpower是第一个测量与服务器级计算机性能相关的功耗的行业标准基准测试。 衡量能效的其他基准包括SPECweb,SPECvirt和VMmark。

途径
现代IT系统依赖于人,网络和硬件的复杂组合; 因此,绿色信息技术倡议也必须涵盖所有这些领域。 解决方案还可能需要解决最终用户满意度,管理重组,法规遵从性和投资回报率(ROI)。 公司控制自己的电力消耗也有相当大的财政动机; “在可用的电源管理工具中,最强大的工具之一可能仍然是简单,简单,常识。”

产品寿命长
Gartner坚持认为,PC制造过程占PC生命周期中使用的自然资源的70%。 最近,富士通发布了一个桌面生命周期评估(LCA),显示制造和生命终结占据了桌面生态足迹的大部分。 因此,绿色信息技术的最大贡献通常是延长设备的使用寿命。 Gartner的另一份报告建议“寻找产品的使用寿命,包括可升级性和模块化”。 例如,制造新PC比制造新的RAM模块以升级现有PC具有更大的生态足迹。

数据中心设计
数据中心设施是能源的重要消费者,占2010年全球能源使用总量的1.1%至1.5%。 美国能源部估计,数据中心设施消耗的能源比标准办公楼多100至200倍。

节能数据中心设计应解决数据中心所包含的所有能源使用问题:从IT设备到HVAC(采暖,通风和空调)设备,再到建筑物的实际位置,配置和施工。

美国能源部指定了五个主要关注能效数据中心设计最佳实践的主要领域:

信息技术(IT)系统
环境条件
空气管理
冷却系统
电气系统
美国能源部规定的其他节能设计机会包括现场发电和废热回收。

节能数据中心设计应有助于更好地利用数据中心的空间,并提高性能和效率。

2018年,三项新的美国专利利用设施设计,利用内部和外部废热同时冷却和生产电力。 这三项专利使用筒仓设计来刺激使用内部废热,而空气的再循环冷却筒仓的计算机架。 美国专利9,510,486使用再循环空气用于发电,而姐妹专利美国专利9,907,213迫使相同空气再循环,并且姐妹专利美国专利10,020,436使用温度的热差异导致负电力使用效率。 负电力使用效率,利用运行计算设施的温度之间的极端差异,它们将仅从除计算用电之外的外部源运行。

软件和部署优化

算法效率
算法的效率影响任何给定计算功能所需的计算机资源量,并且在编写程序时存在许多效率权衡。 算法改变,例如从慢(例如线性)搜索算法切换到快速(例如,散列或索引)搜索算法,可以将给定任务的资源使用从大量减少到接近零。 2009年,哈佛大学一位物理学家的一项研究估计,谷歌搜索平均每次释放7克二氧化碳(CO₂)。 然而,谷歌对这个数字提出异议,认为典型的搜索仅产生0.2克二氧化碳。

资源分配
算法还可用于将数据路由到电力较便宜的数据中心。 麻省理工学院,卡内基梅隆大学和Akamai的研究人员测试了一种能量分配算法,该算法能够以最便宜的能源成本将流量路由到该地点。 如果要部署他们提出的算法,研究人员预计可节省高达40%的能源成本。 然而,这种方法实际上并没有减少使用的能量; 它只降低了使用它的公司的成本。 尽管如此,类似的策略可用于引导交通依赖于以更环保或有效的方式产生的能量。 类似的方法也被用于通过将流量路由远离经历温暖天气的数据中心来减少能源使用; 这样可以关闭计算机以避免使用空调。

较大的服务器中心有时位于能源和土地价格低廉且易于获得的地方。 可再生能源的当地可用性,允许外部空气用于冷却的气候,或将它们定位在其产生的热量可用于其他目的的地方可能是绿色选址决定的因素。

调查了通过适当的网络/设备管理技术实际降低网络设备能耗的方法。作者将这些方法分为4个主要策略,即(i)自适应链路速率(ALR),(ii)接口代理,(iii) )能源意识基础设施,以及(iv)最大能量意识应用。

虚拟化
计算机虚拟化是指计算机资源的抽象,例如在一组物理硬件上运行两个或多个逻辑计算机系统的过程。 该概念起源于20世纪60年代的IBM大型机操作系统,但仅在20世纪90年代才被商业化用于x86兼容计算机。 通过虚拟化,系统管理员可以将多个物理系统组合到一个功能强大的系统上的虚拟机中,从而拔掉原有硬件并降低功耗和散热消耗。 虚拟化可以帮助分配工作,使服务器忙或处于低功耗睡眠状态。 一些商业公司和开源项目现在提供软件包以实现向虚拟计算的过渡。 英特尔公司和AMD还为其每个CPU产品线中的x86指令集构建了专有的虚拟化增强功能,以促进虚拟计算。

新的虚拟技术(如Linux Containers)也可用于降低能耗。 这些技术可以有效利用资源,从而通过设计降低能耗。 此外,虚拟化技术的整合比在虚拟机中完成的更有效,因此可以在同一物理机器中部署更多服务,从而减少所需的硬件数量。

终端服务器
终端服务器也已用于绿色信息技术。 使用该系统时,终端用户连接中心服务器; 所有实际计算都在服务器上完成,但最终用户在终端上体验操作系统。 这些可以与瘦客户机结合使用,瘦客户机使用的功率高达普通工作站的1/8,从而降低了能源成本和功耗。 使用瘦客户端的终端服务来创建虚拟实验室的情况有所增加。 终端服务器软件的示例包括用于Windows的终端服务和用于Linux操作系统的Linux终端服务器项目(LTSP)。 基于软件的远程桌面客户端(如Windows远程桌面和RealVNC)在连接到服务器的低功耗商用硬件上运行时,可以提供类似的瘦客户端功能。

能源管理
高级配置和电源接口(ACPI)是一种开放的行业标准,允许操作系统直接控制其底层硬件的节能方面。 这允许系统在设置不活动时间后自动关闭诸如监视器和硬盘驱动器之类的组件。 此外,当大多数组件(包括CPU和系统RAM)关闭时,系统可能会休眠。 ACPI是早期英特尔 – 微软标准的继任者,称为高级电源管理,它允许计算机的BIOS控制电源管理功能。

某些程序允许用户手动调节提供给CPU的电压,从而减少产生的热量和消耗的电量。 这个过程称为undervolting。 某些CPU可以根据工作负载自动控制处理器; 这项技术在英特尔处理器上称为“SpeedStep”,在AMD芯片上称为“PowerNow!”/“Cool’n’Quiet”,在VIA CPU上称为LongHaul,在Transmeta处理器上称为LongRun。

数据中心电源
数据中心因其极高的能源需求而受到批评,是绿色信息技术支持者​​的主要关注点。 根据绿色和平组织的一项研究,数据中心占IT部门用电量的21%,每年约为3820亿千瓦时。

数据中心可以通过存储整合和虚拟化等技术提高其能源和空间效率。 许多组织的目标是消除未充分利用的服务器,从而降低能耗。 实现这一目标的第一步是培训数据中心管理员。 到2011年,美国联邦政府已将数据中心能源使用量降至最低目标10%。借助自封式超高效蒸发冷却技术,谷歌公司已将其能耗降低至50%。行业平均水平。

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操作系统支持
自Windows 95以来,Microsoft Windows包含了有限的PC电源管理功能。这些功能最初提供待机(暂停到RAM)和监视器低功耗状态。 Windows的进一步迭代增加了hibernate(挂起到磁盘)并支持ACPI标准。 Windows 2000是第一个包含电源管理的基于NT的操作系统。 这需要对底层操作系统体系结构和新硬件驱动程序模型进行重大更改。 Windows 2000还引入了组策略,该技术允许管理员集中配置大多数Windows功能。 但是,电源管理不是这些功能之一。 这可能是因为电源管理设置设计依赖于一组连接的每用户和每台机器二进制注册表值,有效地让每个用户都可以配置自己的电源管理设置。

在Windows XP中重复了这种与Windows组策略不兼容的方法。 微软做出这一设计决定的原因尚不清楚,并且引起了严厉的批评。 Microsoft通过重新设计电源管理系统以允许组策略进行基本配置,从而在Windows Vista中显着改进了这一功能。 提供的支持仅限于单个计算机的策略。 最新版本,Windows 7保留了这些限制,但确实包括计时器合并,处理器电源管理和显示面板亮度的改进。 Windows 7中最重要的变化是用户体验。 默认的高性能电力计划的重要性已经降低,目的是鼓励用户节省电力。

第三方PC电源管理软件市场占有重要地位,提供Windows操作系统以外的功能。 可用。 大多数产品提供Active Directory集成和每用户/每台机器设置,更先进的提供多种电源计划,计划电源计划,防失眠功能和企业电源使用报告。 着名的供应商包括1E NightWatchman,Data Synergy PowerMAN(软件),Faronics Power Save,Verdiem SURVEYOR和EnviProt Auto Shutdown Manager

Linux系统于2005年开始提供笔记本电脑优化的电源管理,自2009年以来电源管理选项成为主流。

电源
台式计算机电源的效率通常为70-75%,将剩余的能量作为热量耗散。 名为80 Plus的认证计划认证PSU的效率至少为80%; 通常,这些型号是相同外形尺寸较旧,效率较低的PSU的直接替代品。 截至2007年7月20日,所有新的能源之星4.0认证的桌面PSU必须至少有80%的效率。

存储
较小的外形(例如,2.5英寸)硬盘驱动器通常比实际更大的驱动器消耗更少的每千兆字节功率。 与硬盘驱动器不同,固态驱动器将数据存储在闪存或DRAM中。 对于没有移动部件,低容量闪存设备的功耗可能会有所降低。

在最近的一个案例研究中,固态存储设备制造商Fusion-io设法将MySpace数据中心的能源使用和运营成本降低了80%,同时提高了性能速度,超过了Raid中多个硬盘驱动器所能达到的速度作为回应,MySpace能够退出他们的几台服务器。

随着硬盘价格的下降,存储农场的容量往往会增加,以便在线提供更多数据。 这包括以前保存在磁带或其他脱机存储上的存档和备份数据。 在线存储的增加增加了功耗。 减少大型存储阵列所消耗的功率,同时仍然提供在线存储的优势,这是一项持续研究的主题。

显卡
快速GPU可能是计算机中最大的电力消费者。

节能显示选项包括:

没有视频卡 – 如果需要显示,请使用共享终端,共享瘦客户端或桌面共享软件。
使用主板视频输出 – 通常低3D性能和低功耗。
根据低空闲功率,平均功率或每瓦性能选择GPU。

显示
与其他显示技术不同,电子纸在显示图像时不使用任何电源。 CRT显示器通常比LCD显示器使用更多功率。 它们还含有大量的铅。 LCD监视器通常使用冷阴极荧光灯泡为显示器提供光。 一些较新的显示器使用一系列发光二极管(LED)代替荧光灯泡,这减少了显示器使用的电量。 荧光背光也含有汞,而LED背光则不含汞。

材料回收
回收计算设备可以将铅,汞和六价铬等有害物质从垃圾填埋场中排出,也可以替换原本需要制造的设备,从而节省能源和排放。 已经超过其特定功能的计算机系统可以重新用于或捐赠给各种慈善机构和非营利组织。 然而,许多慈善机构最近对捐赠设备规定了最低系统要求。 此外,来自过时系统的部件可以通过某些零售店和市政或私人回收中心进行回收和再循环。 计算机耗材,例如打印机墨盒,纸张和电池也可以回收利用。

许多这些方案的缺点是通过回收驱动器收集的计算机通常被运往发展中国家,其环境标准不如北美和欧洲严格。 硅谷有毒物质联盟估计,80%收集的用于回收的消费后电子废物被运往国外,如中国和巴基斯坦。

2011年,电子废物的收集率仍然很低,即使在像法国这样对生态最负责任的国家也是如此。 在这个国家,从2006年到2009年收集的电子设备和电子废物之间的电子废物收集率仍然是14%。

旧计算机的回收引发了一个重要的隐私问题。 旧的存储设备仍然保存私人信息,例如电子邮件,密码和信用卡号,这些信息可以由某人使用互联网上免费提供的软件简单地恢复。 删除文件实际上并不会从硬盘驱动器中删除该文件。 在回收计算机之前,用户应该卸下硬盘驱动器或硬盘驱动器(如果有多个硬盘驱动器),并将其物理销毁或存放在安全的地方。 有一些授权的硬件回收公司可以将计算机用于回收,并且他们通常签署保密协议。

云计算
云计算解决了与绿色信息技术相关的两大ICT挑战 – 能源使用和资源消耗。 虚拟化,动态配置环境,多租户,绿色数据中心方法使云计算能够在很大程度上降低碳排放和能源使用。 通过将某些内部部署应用程序迁移到云中,大型企业和小型企业可以将其直接能耗和碳排放分别降低多达30%和90%。 一个常见的例子包括在线购物,帮助人们通过互联网购买产品和服务,而不需要他们开车和浪费燃料到达实体店,这反过来减少了与旅行相关的温室气体排放。

边缘计算
Edge和Fog计算等新技术是降低能耗的解决方案。 这些技术允许在使用附近重新分配计算,从而降低网络中的能源成本。 此外,拥有较小的数据中心,冷却和维护等操作中使用的能源大大减少。

远程办公
电话会议和远程呈现技术通常在绿色信息技术计划中实施。 优势很多; 提高工人满意度,减少与旅行相关的温室气体排放,并通过降低办公空间,供暖,照明等的间接费用来提高利润率。节省的费用很高; 美国办公楼的年平均能耗超过每平方英尺23千瓦时,其中热能,空调和照明占所有能源消耗的70%。 其他相关的举措,如酒店,减少了每个员工的平方英尺,因为工人只在他们需要时预留空间。 许多类型的工作,例如销售,咨询和现场服务,都与这种技术很好地结合在一起。

IP语音(VoIP)通过共享现有的以太网铜来减少电话线路基础设施。 VoIP和电话分机移动性也使得热门办公桌更加实用。

电信网络设备能源指数
美国和全世界的信息和通信技术(ICT)能源消耗分别估计为总发电量的9.4%和5.3%。 与其他行业相比,今天的ICT能耗显着。 一些研究试图确定允许不同设备(网络元件)之间进行相关比较的关键能量指数。 该分析的重点是如何优化载波通信的设备和网络消耗。 目标是让人们立即了解网络技术与环境影响之间的关系。 这些研究刚刚起步,填补这一领域的差距仍然很大,需要进一步研究。

超级计算机
首届Green500名单于2007年11月15日在SC | 07公布。 作为TOP500的补充,Green500的揭幕迎来了一个新时代,超级计算机可以通过每瓦特性能进行比较。

日本制造的东京工业大学TSUBAME-KFC-GSIC中心在第二台世界排名第一的超级计算机方面具有很大优势,其中4,503.17 MFLOPS / W和27.78总功率(kW)++

今天,德国制造的GSI亥姆霍兹中心的新型超级计算机L-CSC成为世界上最节能(或最环保)的超级计算机。 L-CSC集群是列表中第一个也是唯一一个超过5千兆次/瓦(每瓦每秒数十亿次运算)的超级计算机。 L-CSC是一款异构超级计算机,采用双Intel Xeon E5-260和GPU加速器,即AMD FirePro™S9150 GPU。 这标志着使用AMD GPU的超级计算机首次占据首位。 每台服务器的内存为256千兆字节。 通过Infiniband FDR网络连接服务器。

教育和认证
绿色信息技术程序
提供一系列信息技术集中培训和可持续战略的学位和研究生课程,旨在教育学生如何建立和维护系统,同时减少对环境的危害。 澳大利亚国立大学(ANU)提供“ICT可持续发展”作为其信息技术和工程硕士课程的一部分。 阿萨巴斯卡大学提供类似的课程“绿色ICT战略”,改编自汤姆沃辛顿的ANU课程笔记。 在英国,利兹贝克特大学提供全日制和非全日制访问模式的MSc可持续计算课程。

绿色信息技术认证
一些认证证明个人具有特定的绿色信息技术知识,包括:

绿色信息技术计划 – GCI提供认证绿色信息技术用户专家(CGCUS),绿色信息技术认证架构师(CGCA)和绿色信息技术专业认证(CGCP)认证。
CompTIA Strata Green IT专为IT经理设计,旨在表明他们对绿色IT实践和方法有很好的了解,以及为什么将它们纳入组织非常重要。
信息系统考试委员会(ISEB)绿色IT基础证书适用于展示对绿色信息技术的全面理解和认识,以及其实施可能有益的地方。
新加坡资讯通信技术联合会(SiTF)新加坡认证绿色IT专业人员是SiTF授权培训合作伙伴提供的行业认可的专业级认证。 认证要求完成为期四天的讲师指导核心课程,以及授权供应商提供的为期一天的选修课程。
澳大利亚计算机协会(ACS)ACS提供“绿色技术战略”证书,作为计算机专业教育计划(CPEP)的一部分。 颁发证书要求完成由汤姆沃辛顿设计的为期12周的电子学习课程,并提供书面作业。
国际全球和绿色ICT联合会“IFGICT” – 促进绿色IT专业人员,认证在ICT行业至少需要2年。 IFGICT是UNFCCC – CDM的入围服务提供商。

博客和Web 2.0资源
有很多博客和其他用户创建的参考资料可用于获得有关绿色信息技术战略,技术和商业利益的更多见解。 许多管理和工程专业的学生帮助提高了对绿色信息技术的认识。

评级
自2010年以来,绿色和平组织根据该公司使用的能源清洁程度,从A(最佳)到F(最差),保持了几个国家知名科技公司的评级列表。 该评级已经过剑桥大学的Jordan Kennedy博士及其丈夫Cory Richards教授的认证。 这些人对绿色ICT进行了多年的研究。

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