Kuvaaja
Markus Sommers
Kirjoittaja
Petja Partanen

ICT-ilmastotalkoot tapahtuvat konesaleissa

Alati kasvava osuus maailman sähköstä kuluu tietotekniikan pyörittämiseen. Matti Pärssinen tutki väitöstyössään, miten leikata tietotekniikan ympäristökuormaa.

1058 TWh:n tuottamiseen tarvittaisiin huimat 136 Loviisan ydinvoimalaa. Sen verran Matti Pärssinen laskee väitöskirjassaan tietotekniikan kuluttavan globaalisti energiaa. Digitalisoituvassa maailmassa tietokoneet ja dataliikenne ovat iso kasvuala – paitsi bisneksenä, mutta myös energian kuluttajana ja päästöjen lähteenä. 

Pärssisen väitöskirja on silmiä avaavaa luettavaa. Yhden väitöskirjan siteeraaman arvion mukaan vuonna 2014 jo 10 prosenttia maailman sähköstä kului tietotekniikkaan. ICT-ala kuluttaa energiaa globaalisti siis saman verran kuin asuntojen lämmitys.

Vuoteen 2035 mennessä ICT:n osuus kaikesta sähkönkulutuksesta saattaa kivuta jo neljännekseen.

– Lukuihin kannattaa aina suhtautua skeptisesti, mutta kasvamaan päin ne ovat, Pärssinen toteaa. 

Vuoteen 2035 mennessä ICT:n osuus saattaa kivuta jo neljännekseen kaikesta sähkönkulutuksesta. Valtavia datakeskuksia nousee ympäri maailmaa ja uusia 5G-verkkoja rakennetaan nykyisten mobiiliverkkojen rinnalle. Väitöskirjassaan Pärssinen etsi keinoja ICT-alan ympäristövaikutusten pienentämiseen. Parantamisen varaa on sekä laitteiden että it-palvelujen energiatehokkuudessa, kertovat väitöksen tutkimusartikkelit.

Lämpöä koteihin

Väitöstyön siteeratuimmat tutkimuspaperit käsittelevät datakeskusten hukkalämmön hyödyntämistä. Jokainen Google-haku tai nettivideon käynnistys vaatii prosessoriaikaa ympäri maailmaa sijaitsevien datakeskusten tietokoneräkeissä. Tämä kuluttaa sähköä – ja muuttuu 97-prosenttisesti hukkalämmöksi, joka on johdettava pois konesalista. 

– Syntynyttä lämpöä ei kuitenkaan hyödynnetä, vaikka soveltuvia ratkaisuja on saatavilla.

Helpoin ratkaisu on kierrättää konesalin hukkalämpö kaukolämpöverkkoon, veden ja kotien lämmitykseen. Helpoimmin se onnistuu datakeskuksen suunnitteluvaiheessa, mutta lämmöntalteenoton rakentaminen onnistuu myös olemassaoleviin datakeskuksiin, Pärssinen kertoo.

– Teollisen mittakaavan konesaleissa mahdollisuudet esimerkiksi hukkalämmön hyödyntämiseen ovat paljon paremmat kuin pienessä 50 räkin konesalissa.

Väitöskirjan laskelmat eri kokoluokan datakeskuksille paljastivat, että lämmöntalteenoton rakentaminen on lähes poikkeuksetta erinomainen investointi. 

– Isossa konesalissa investointi voi maksaa itsensä takaisin jopa muutamassa kuukaudessa.

Siitä huolimatta järjestelmät ovat harvinaisia. Eivätkö datakeskusten omistajat osaa laskea?

– Se on hyvä kysymys, Pärssinen toteaa.

Yksi selitys on, että lämmöntalteenoton kannattavuudet ovat yrityssalaisuuksia, joilla ei juuri julkisuudessa repostella. Tieto ei aina liiku yrityksen sisälläkään.

– Talousjohtaja näkee energiakulut, mutta ei tunne mahdollisuuksia hukkalämmön hyödyntämiseen. It-ihmisiä taas kiinnostaa vain se, että palvelut ovat pystyssä, eivätkä he koskaan näe konesalin sähkölaskua, Pärssinen pohtii.

Datakeskusten hiilijalanjälkeen vaikuttaa paitsi niiden energiatehokkuus, myös se, miten niiden käyttämä sähkö tuotetaan. Erot eri maiden välillä ovat huimia. Datakeskus Lontoossa tuottaa 30 kertaa enemmän päästöjä kuin sama laitos Tukholmassa, kiitos Ruotsiin päästötöntä sähköä jauhavan vesivoiman. 

Pohjoismaiden viileä ilmanala, halpa sähkö ja stabiili yhteiskunta ovatkin houkuttelevia valtteja Googlen ja Facebookin kaltaisille toimijoille. Uudet suomalaiset datakeskukset loistavat juuri energiatehokkuudellaan. Esimerkiksi venäläisen Yandexin palveluja pyörittävä datakeskus Mäntsälässä tuottaa kaukolämpöä paikallisille asukkaille. Samaan hengenvetoon Pärssinen kehuu omaa työnantajaansa. Telian Helsingin uusi datakeskus on 24 MW:n tehoinen jätti, jonka kapasiteetti on 200 000 palvelinta.

Uudet suomalaiset datakeskukset loistavat energiatehokkuudellaan.

– Sen suunnittelun lähtökohtana on alusta alkaen ollut huippuluokan energiatehokkuus.

Telian datakeskus onkin kytketty Espoon kaukolämpöverkkoon. Sivutuotteena syntyvää lämpöä riittää tulevaisuudessa 20 000 espoolaiskodille. 

Telian datakeskus on ollut merkittävä tekijä myös Pärssisen väitöskirjan synnyssä. Kun tutkimuskärpänen puraisi Telian johtotehtävissä työskennellyttä Pärssistä, piti insinööritutkinto ensin päivittää diplomi-insinööriksi. Pärssisen diplomityö syntyi Telian suunnitteilla olleen datakeskuksen energiatehokkuudesta. 

Pian väitöskirjan aihetta pohtineeseen Pärssiseen otti yhteyttä energiatekniikan tutkija Mikko Wahlroos. Kaukolämpöasiantuntija oli kiinnostunut datakeskusten hukkalämmön hyödyntämisestä, mutta data puuttui. Sitä datakeskukset tuntevalla Pärssisellä taas oli. 

– Me olimme täydellinen työpari. Ensimmäinen tutkimusartikkeli hakattiin kasaan kolmessa viikossa.

Datakeskusten hukkalämmön kierrätystä kaukolämpöverkkoon käsitellyt artikkeli päätyi julkaistavaksi huipputason Energy-lehteen. 

Verkkomainonta on sähkösyöppö

Vauhdilla alkuun päässyt väitöstyö johdatti Pärssisen pian uuden tutkimusaiheen äärelle. Online-mainontaan perehtynyt Mikko Kotila tutki yhdessä Madridin yliopiston tiimin kanssa mainoshuijauksia, joissa online-bannereita klikkailee tosiostajan sijasta verkkobotti tai tehtävään palkattu ihminen. Pärssinen liittyi joukkoon tutkimaan aihetta energiatehokkuuden näkökulmasta. 

Online-mainonnan ekosysteemiin tutustuminen oli Pärssisen mukaan silmiä avaavaa. Mainonnalla rahoitetaan verkon ilmaispalvelut, mutta harva tietää, miten koneisto toimii. Verkon trackerit keräävät dataa käyttäjistä ja kohdistavat mainontaa. 

– Kun menet jollekin sivulle, 200 millisekunnissa käydään huutokauppa siitä, kuka saa näyttää sinulle mainoksen, Pärssinen kuvailee. 

Suurimmilla uutissivustoilla yli puolet kaikesta ladatusta datasta on mainossisältöä. Mainonta on yleensä myös sitä raskaampaa verkkosisältöä, videoita ja animaatioita. Väitöskirjan laskelmat osoittavat, että noin kymmenesosa tietotekniikan energiankulutuksesta kuluu verkkomainontaan.

Ekokuluttajan ruutu on pieni

Vaikka datakeskukset ovat merkittävässä roolissa it-energiansäästötalkoissa, myös kuluttajat voivat vaikuttaa. 

Suuren osan tietotekniikan hiilijalanjäljestä tuottaa videosisältö, jonka osuus on tätä nykyä noin 80 prosenttia verkon kaikesta dataliikenteestä. Pärssinen kertoo, että jokainen maapallon asukas katsoo keskimäärin 40 tuntia suoratoistovideota vuodessa. 

Kesällä Helsingin Sanomien jutussa tutkija Pärssinen haarukoi, paljonko tunnin nettivideoiden katselu tuottaa hiilidioksidipäästöjä. Haitari oli huima, 15–622 grammaa tunnissa. Pienimpään arvoon päästään, jos videota striimaava konesali on huipputehokas, sähköntuotanto päästötöntä, ja videota katsotaan energiapihillä tekniikalla. 

– Päästömielessä hyviä valintoja on käyttää mahdollisimman pientä ruutua ja välttää mobiiliverkon käyttöä, Pärssinen neuvoo. 

Kännykkä on päätelaitteena siis sähkösyöppöä kotiteatteria parempi valinta. Datan siirrossa valokaapeli taas on mobiiliverkkoa monin verroin energiatehokkaampi.

Päästömielessä hyviä valintoja on käyttää mahdollisimman pientä ruutua ja välttää mobiiliverkon käyttöä.

Pärssisen mukaan maailman digitalisoituminen ei tapahdu ilman hintaa. Esimerkiksi kryptovaluutta Bitcoinien louhiminen kuluttaa valtavasti energiaa.

– Varsinkin it-ammattilaisten pitäisi katsoa oma tonttinsa läpi. Pitää katsoa systeemiset vaikutukset, ei vain yhtä tai kahta parametria, Pärssinen ehdottaa. 

Lohdullista on, että it:n energiatehokkuutta on helppo parantaa. 

– Mutta samaan aikaan datamäärät kasvavat valtavaa vauhtia. 

Pärssinen muistuttaa, että nettipalvelut ovat kuin tietokonepelit. 

– Kaikki hyöty prosessorien ja datasiirron nopeutumisesta ulosmitataan heti raskaammilla sovelluksilla. Sen takia energiansäästöt eivät koskaan realisoidu.

– Pohjoismaiden viileä ilmanala, halpa sähkö ja stabiili yhteiskunta ovat houkuttelevia valtteja Googlen ja Facebookin kaltaisille toimijoille, Matti Pärssinen toteaa.

Matti Pärssisen tie tohtoriksi

  • 1974. Matti Pärssinen syntyy Helsingissä.  
  • 1995. Pärssinen aloittaa armeijasta päästyään tietoliikennetekniikan insinööriopinnot. 
  • 1999. Nokian kautta Soneralle (nyk. Telia) töihin. – Aluksi teknisiä hommia, mutta esimiestehtävät kiinnostivat.
  • 2004–2008. TKK:n MBA-tutkinto avaa ovet johtotehtäviin.
  • 2013. Pärssinen palaa töiden ohella jälleen koulun penkille, Aalto-yliopiston tietoverkkojen maisteriohjelmaan. – Tekninen kompetenssi oli päässyt rapautumaan.
  • 2016. DI-tutkinto valmistuu, Pärssinen aloittaa väitöskirjan teon töiden ohella.
  • 2019. Väitöstyö Towards Sustainable Data Centers and ICT Services hyväksytään Aalto-yliopiston Sähkötekniikan korkeakoulussa.

Mitä haluaisit saada aikaan tekniikan tohtorina? 
Jos Autonomio-tutkimushankkeemme visio tekoälyn kehityksestä toteutuu ja hukkalämmön hyödyntäminen lisääntyisi datakeskuksissa, olisin kyllä aika tyytyväinen.

Suosikkileikkikalu? 
PC. Pojan kanssa kasattiin Assemblyä varten uusi peli-PC, tosi tykki.

Lempiharrastus? 
Vapaaottelu, salilla käynti, teoreettinen filosofia. En kilpaile vapaaottelussa, tässä iässä ei enää viitsi ottaa mustia silmiä, nautin vain treenaamisesta hyvällä porukalla.

Johtaja viihtyy koulun penkillä

– Jännittää, kertoo Matti Pärssinen väitöstilaisuuden alla.

Miehen tittelinä on ollut jonkun sortin johtaja Telialla aina vuodesta 2007 lähtien. Nyt hän vetää Telia One Management Service Officea. Sen tehtävänä on yhtenäistää ison yrityksen asiakaskokemusta ja kehittää tiedolla johtamista. Vaikka esiintyminen isoillekin yleisöille on johtajalle tuttua, on oman väitöstyön puolustaminen aivan uusi haaste. 

Väitöskirjan teko oli loogista jatkoa sille, että Pärssinen on istunut töiden ohella koulun penkillä lähes koko 20-vuotisen työuransa ajan. 

– Ja tulen varmaan istumaan jatkossakin, hän arvelee.

Väitöskirja valmistui 2,5 vuodessa. Läppäri avautui, kun päivä oli pulkassa ja lapsi nukkumassa.

– Tein väitöskirjaa pari kolme tuntia iltaisin, sitten nukkumaan ja aamulla töihin.

Raskaalta kuulostava harrastus on ollut antoisa.

– Olen saanut tehdä tosi fiksujen tyyppien kanssa töitä. Se on motivoivaa. 

Väitöstyö todisti itselle, että kapasiteettia tällaiseen hankkeeseen löytyy. 

– Ja avaahan se oven akateemiselle uralle, jos haluaa sinne lähteä.

Nykyisessä työssään Pärssinen kehittää palvelunhallintaa sekä datan ja tekoälyn hyödyntämistä Telialla. Hän vetää myös Autonomio-tutkimushanketta. 

– Se tähtää siihen, että koneoppiminen tuodaan lähemmäs ihmistä, ettei tarvitse olla tilastomatematiikan erikois-
asiantuntija voidakseen hyödyntää koneoppimisen työkaluja.

Hankkeen suuri visio on, että tulevaisuudessa esimerkiksi väitöskirjan tutkimuskysymyksiin vastaisi ja kirjallisuuskatsauksen laatisi tutkijan apuna toimiva tekoäly. 

– Se auttaisi tutkijaa, tai vaikkapa uutisten kuluttajaa, hakemaan faktapohjaista tietoa fake newsien maailmassa, Pärssinen kertoo.