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Sparsamere Software könnte ganze Giga-Kraftwerke überflüssig machen

Arshnoor Singh von der HTW Dresden hatte sich im Dresdner Thingkathon „Nachhaltigkeit in der Softwareentwicklung“ den „Carbon Cutters“ angeschlossen. Foto: Zeiss Digital Innovation

Arshnoor Singh von der HTW Dresden hatte sich im Dresdner Thingkathon „Nachhaltigkeit in der Softwareentwicklung“ den „Carbon Cutters“ angeschlossen. Foto: Zeiss Digital Innovation

Dresdner Thingkathon lotet Wege zum nachhaltigen Programmieren aus

Dresden, 26. Juni 2024. Weil der Stromverbrauch der weltweit installierten Computertechnik durch energiehungrige Künstliche Intelligenzen (KI), Kryptogeld-Schürffarmen, wachsende Cloud-Rechenzentren und andere Digitaltrends stark wächst, schauen sich viele Programmierer inzwischen ihre Software noch mal genauer an: 10 bis 15 Prozent des globalen Kohlendioxid-Ausstoßes und Energieverbrauchs von Rechenzentren, auf PCs und Smartphones lässt sich Experten-Schätzungen zufolge sparen, wenn in Zukunft nachhaltiger und sparsamer programmiert wird. Wie das prinzipiell funktionieren kann, hat nun ein Programmier- und Denkmarathon – ein sogenannter „Thingkathon“ – in Dresden wettbewerbsmäßig vorexerziert.

Ein Dutzend Tüftler aus Deutschland, Estland, England und Indien dabei

Dafür hockten drei Tage lang zwölf Tüftler aus Deutschland, Estland, England und Indien in spontan zusammengewürfelten, interkulturellen Teams im Dresdner „Impact Hub“ an der Aufgabe, den Weg hin zu mehr „Nachhaltigkeit in der Softwareentwicklung“ zu ebnen. Die Herausforderung kam von der Dresdner Programmierschmiede „Zeiss Digital Innovation“ (ZDI), die sich schon geraume Zeit mit dem energetischen und ökologischen „Fußabdruck“ von Software beschäftigt. „Für viele Kunden ist der Energieverbrauch von Zeiss-Geräten ein Thema – die möglichen Einsparpotenziale sind auf dem Markt gefragt“, erklärt der Dresdner Zeissianer Hendrik Lösch. Anderseits sorgen die wachsenden Umweltschutz-Berichtspflichten, die Unternehmen in der EU zu erfüllen haben, ebenfalls für den Bedarf, den eigenen Stromverbrauch beim Einsatz digitaler Technologien zu dokumentieren und letztlich auch zu drücken. „Das wird noch ein ganz großes Thema für die Wirtschaft“, ist auch Danny Städter vom „Smart Systems Hub Dresden“, der den Thingkathon mitorganisiert hatte.

Praxisbeispiel Photostation

Konkret hatten die Zeissianer den Wettbewerbsteilnehmern ein Szenario vorgegeben, das jedem aus dem Praxis bekannt ist – dachten die Dresdner zumindest: Die Tüftler sollten prototypische Lösungen finden, um software-basiert den Stromverbrauch von Photo-Stationen in Drogeriemärkten zu messen und zu senken. Bald stellte sich allerdings heraus, dass zum Beispiel die Esten und Inder solche Photo-Auftragsstationen aus ihrer Heimat gar nicht kannten – von daher begann der Thingkathon in der Praxis mit einem Besuch in einem „dm“-Markt. Doch gerade dieses Unvoreingenommenheit der auswärtigen Teilnehmer erwies sich als Vorteil: Das estnische Team entwickelte dann im Wettbewerb nämlich ein Betriebs-Konzept, bei dem sich nur so viele Photostationen gerade angeschaltet sind, wie wirklich Kunden daran sitzen – der Rest wechselt in den Schlafmodus, bis die jeweils letzte freie Station besetzt ist.

Unvoreingenommener interkultureller Blick kann helfen

Das sei gerade auch für die hiesigen Juroren ein Aha-Moment gewesen, fanden hinterher Hendrik Lösch und Danny Städter: Die Deutschen seien auf solch eine Idee wohl gar nicht erst gekommen, weil sie den jetzigen Betriebsmodus – alle Geräte sind immer präsent – als selbstverständlich gesehen und zudem vom deutschen Ingenieurskonzept der Mehrfach-Ausfallsicherheit ausgehen, mutmaßen die Organisatoren.

Mit ihrem Energiemess-Konzept für verschiedene Programm-Varianten gewannen die „Carbon Cutters“ den 1. Preis im Dresdner Thingkathon „Nachhaltigkeit in der Softwareentwicklung“. Das Preisgeld spendeten Florian Stahr und Jannes Rudnick (TU Dresden), Arshnoor Singh (HTW Dresden) sowie Rico Pommerenke (Otto Group Solution Provider Dresden) aber letztlich für einen gemeinnützigen Zweck. Foto: Zeiss Digital Innovation

Mit ihrem Energiemess-Konzept für verschiedene Programm-Varianten gewannen die „Carbon Cutters“ den 1. Preis im Dresdner Thingkathon „Nachhaltigkeit in der Softwareentwicklung“. Das Preisgeld spendeten Florian Stahr und Jannes Rudnick (TU Dresden), Arshnoor Singh (HTW Dresden) sowie Rico Pommerenke (Otto Group Solution Provider Dresden) aber letztlich für einen gemeinnützigen Zweck. Foto: Zeiss Digital Innovation

Energiemess-System für verschiedene Programmvarianten konzipiert

Ganz oben auf dem Siegertreppchen landete indes ein Team, das sich aus Studenten der HTW und TU Dresden sowie einem Spezialisten des vom Dresdner Softwarehauses „Otto Group Solution Provider“ (OSP) gebildet hatte. Die „Carbon Cutters“ (frei übersetzt: CO2-Schneider) gingen vom Gedanken aus, dass man Energie und Umweltbelastungen von Rechentechnik und deren Software nur drücken kann, wenn man überhaupt erst mal messen kann, wieviel die Computer tatsächlich verbrauchen. Sie entwickelten daher den Prototyp eines Messsystems, das den Energiebedarf verschiedener Programmvarianten ermitteln und vergleichen kann.

Herausforderer Zeiss will Denkmarathon-Ergebnisse weiterverfolgen

„Wir haben ganz wunderbare und auch anwendbare Resultate aus diesem Wettbewerb mitgenommen, von denen wir einige auch bei uns weiterverfolgen wollen“, meint Zeissianer Hendrik Lösch. So sei es denkbar, die Wettbewerbsergebnisse an Photostationen-Märkte wie „dm“ weiterzugeben. Anderseits wolle ZDI den Kontakt zum Beispiel zu den „Carbon Cutters“ ausbauen, um deren Ideen in konkretere Formen zu gießen. Und auch Wettbewerbs-Teilnehmer Rico Pommerenke von OSP Dresden sieht langfristige Impulse aus dem Thingkathon erwachsen: „Ich habe vom gemeinsamen Brainstorming mit den anderen ganz viele Ideen für meine Arbeit mitgenommen. Manchmal hat mir richtig der Kopf gebrummt vor lauter Ideen“, bekennt er. „Vielleicht machen wir so einen Hackathon auch mal intern in unserem Unternehmen.“ Und er hofft, dass der Denkmarathon vielleicht auch zum Nukleus für neue Netzwerke im Raum Dresden werden könnte, die sich nachhaltige Software-Entwicklung als einen neuen wirtschaftlichen und technologischen Schwerpunkt vorknöpfen.

Im Sachsen-Cluster „Cool Silicon“ stand seinerseits die sparsame Hardware im Fokus

Ganz abwegig ist der Gedanke nicht: Sparsame Computertechnik – damals allerdings aus der Schaltkreis-Perspektive gedacht – war bereits ab 2008 das Leitthema für das sächsische Spitzencluster „Cool Silicon“ gewesen. Daran würde sich die Idee, den Energieverbrauch auch per Software zu drücken, bestimmt gut andocken lassen. Denn dieses Konzept beschäftigt Dresdner Forscher ohnehin schon seit Jahren: „Bereits vor 20 Jahren hatte ich eine Promotion betreut, in der wir versuchten, einen ,energie-effizienten Compiler’* zu bauen“, erinnert sich der vormalige „Cool Silicon“-Sprecher Prof. Gerhard Fettweis.

Idee: Schon beim Programmieren sollen Stromfraß-Lösungen sichtbar werden

Der Grundgedanke dabei: Jeder Befehl, den die Software an den Prozessor übermittelt, verbraucht etwas Strom. Wieviel das konkret ist, hängt wiederum vom vorherigen Programmverlauf ab. Wenn künftige Compiler dem Programmierer nach jedem Arbeitsabschritt eben auch zeigen, wieviel Energie ihre programmierte Lösung verbrauchen wird und ob es nachhaltigere Alternativen gibt, dann vermag dies in vielen kleinen Schritten letztlich zu Einsparungen führen, die ganze Gigawatt-Kraftwerke überflüssig machen könnten. Die Dimensionen jedes Prozentpunktes Energieersparnis allein in der Cloud veranschaulicht eine Fraunhofer-Studie für das Bundeswirtschaftsministerium: Demnach verbrauchten die europäischen Rechenzentren im Jahr 2010 knapp 56 Terawattstunden (TWh) Energie. Zehn Jahre später waren bereits fast 87 TWh. Daher meint Danny Städter: „Die Idee ist, die Leute dafür zu sensibilisieren, schon bei der Software-Entwicklung den Ressourcenverbrauch mitzudenken.“

* „Compiler“ sind eine Art Dolmetscher zwischen den Programmzeilen in einer Programmier-„Hochsprache“, die der Mensch entwirft, und der Maschinensprache, die ein Computerchip versteht.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: Auskünfte Hendrik Lösch, Danny Städter, Rico Pommerenke, Gerhard Fettweis, Smart Systems Hub, Oiger-Archiv

Repro: Oiger, Original: Madeleine Arndt