Jukka Manner: Digipalvelut vievät järjettömästi energiaa - vihreä koodi voi ratkaista ongelman

ICT-alan eli tieto- ja viestintätekniikan  kehitys on ollut hurjaa erityisesti viimeisen kymmenen vuoden aikana ja vauhti vain kiihtyy. 

Uusimpana loikkana on esimerkkinä 5G-verkko, samoin kuin supertehokkaat tietokoneet ja älypuhelimet. Laitteiden kehityksestä kertoo kaiken olennaisen, että useimmat nykyisin  myynnissä olevat älypuhelimet ovat tehokkaampia kuin vuonna 1990 maailman nopein supertietokone NEC SX-3. 

Mooren lakina tunnettu huomio piiriteknologian kehityksestä osoittaa, että 1990-luvun alusta prosessorien eli tietokoneen “moottorin” tehokkuus ja laskentakapasiteetti on kasvanut yli 100 000 kertaiseksi suhteessa 30 vuoden takaiseen.  

Kasvu voidaan nähdä myös energiatehokkuuden kautta. Prosessorien laskentakyky käytettyä wattia kohden on parantunut kolmessakymmenessä vuodessa lähes miljoonakertaisesti. 

Voi pohtia, että jos yhtä hurja teknologinen kehitys olisi tapahtunut muilla sektoreilla, miltä maailma näyttäisi tänä päivänä? Miltä esimerkiksi auto-, laiva- tai lentoliikenne näyttäisi, jos niiden energiatehokkuus olisi parantunut miljoonakertaisesti? 

Massiivinen datansiirto, massiivinen energiankulutus

Jokapäiväisten digitaalisten palvelujen kehityksestä on olemassa rajallisemmin tietoa kuin laiteteknologiaan liittyvästä kehityksestä. Selvää kuitenkin on, että keskimäärin erilaisilla nettisivuilla on taustallaan aivan liikaa dataa. Sellaista dataa, joka vie paljon energiaa, muttei tuota useinkaan poikkeuksellista lisäarvoa käyttäjän näkökulmasta.  

Kansainvälinen HTTP Archive on tilastoinut internetin www-sivujen kehitystä ja kymmenen viime vuoden aikana tietokoneille toteutettujen sivujen tyypillinen koko on kasvanut 500 prosenttia ja mobiililaitteiden yli 1000 prosenttia. Toisin sanoen nimenomaan mobiililaitteille tarjotun sisällön koko on kasvanut selvästi voimakkaammin kuin tietokoneille toteutettujen sivustojen. Seurauksena on, että sekä mobiililaitteille tarjotun että tietokoneille tarjotun tyypillisen sivun koko on sama eli noin 2 megatavua. 

Mobiililaitteille tarjoillaan keskimäärin yhtä raskasta sisältöä kuin tietokoneille tehtyjen sivustojen, vaikka laite ja ruutu ovat olennaisesti pienempiä. Lisäksi mobiililaitteiden käyttö tapahtuu myös useammin hitaamman internetyhteyden kautta kuin tietokoneella.  

Aalto-yliopistossa on tutkittu Suomessa käytettyjen digitaalisten palvelujen ja niiden www-sivujen kokoa.  Suomessa käytettävien www-sivujen koko on linjassa kansainvälisten  verrokkien kanssa. 

Kun kohtena on suurimpien pörssiyhtiöiden, mediatalojen, kaupunkien, kuluttajapalveluiden ja valtion virastojen sivujen rakenne, hajontaa on valtavasti. Pahimmillaan suomalainen www-sivu lähettää käyttäjälle jopa 3000 prosenttia enemmän dataa kuin palvelut keskimäärin. 

Mitä tämä sitten tarkoittaa käytännössä? Ylikuormitusta ja massiivista energiankulutusta. 

Data pitää nimittäin ensin tallettaa palvelimilla, siirtää tietoverkon yli ja prosessoida päätelaitteissa. Data on myös tyypillisesti kertakäyttöistä eli ladataan uudestaan, kun www-sivulla käydään myöhemmin. Ja suuri osa tästä datansiirrosta on turhaa. 

Esimerkiksi syyskuun lopulla Nokian kotisivu oli kooltaan noin 1.5 megatavua. Sivusto lähetti kuitenkin käyttäjälle aina automaattisesti myös massiivisen 109 megatavun kokoisen animoidun GIF-kuvan. Holtitonta datan käyttöä.  

Merkittävin osa internetin käytöstä liittyy videosisältöihin. Lähes 70 prosenttia internetin liikenteestä on videosisältöä ja osuus kasvaa jatkuvasti. Jos verrataan tavanomaisen videoresoluution  ja uudemman 4K-resoluution vaatimaa kapasiteettia verkolta, ero on jopa 30-kertainen. HD eli teräväpiirtotasoiseen videoon verrattuna 4K-video vie yli 10-kertaa enemmän kaistaa tietoverkosta. 

Erot on huimia ja näkyvät selvästi esimerkiksi älypuhelimen sähkönkulutusta mitattaessa. 

Kuituverkossa, johon tietokone on usein yhdistetty, siirretyn bitin energiankulutus on vielä kohtuullinen. Sen sijaan mobiiliverkko, jota Suomessa käytetään paljon, kuluttaa selvästi enemmän energiaa bitin siirtämiseen, jopa tuhat kertaa enemmän. 

Esimerkiksi kahden tunnin huippulaadukkaan 4K-resoluution elokuva mobilliverkon kautta katsottuna kuluttaa sähköä saman verran kuin vaikka saunan lämmittäminen tai 20 kilometrin ajaminen sähköautolla.  

Ohjelmistoala ulkoistaa energiankulutuksen ongelman palveluiden käyttäjille

Digitaalisten laitteiden laskenta-, tallennus- ja tiedonsiirtokapasiteetti ovat kehittyneet tavalla, mihin mikään muu tekniikan ala ei ole pystynyt. 

Miksi näin on tapahtunut? Miksi älypuhelimien pitäisi ylipäätään pystyä supertietokoneiden tasoiseen laskentaan, kun niillä kuitenkin pääasiassa käytetään erilaisia some-palveluita tai pelataan pelejä?

Yksi merkittävä syy löytyy ohjelmistoalan toiminnasta.  

Keväällä 2021 tietoyhteiskunta-akatemia -seminaarissa  toimitusjohtaja Janne Kalliola puhui suomalaisen ohjelmistoalan näkökulmasta ja sanoi, että ”nykysoftat on hyvin tehottomia”. Hän lisäsi, että ”Softaa pitää tehdä nopeasti, sitä softaa ei tarvitse tehdä nopeaksi.”

Sama ilmiö tulee esille laajemminkin digitaalisten palveluiden kehittämisen ja tuottamisen yhteydessä. 

Palvelu pitää saada ulos nopeasti ja näyttää visuaalisesti hienolta. Kun palvelu sitten vaatii verkolta ja päätelaitteelta aina vaan enemmän resursseja, ongelma sysätään palvelun käyttäjälle. 

Kuvaavaa on, että modernien www-sivujen toteuttamisessa olennaisin html-pohjainen informaatio sisältää vain noin prosentin koko siirretyn datan määrästä. Kaikki muu on grafiikkaa, evästeitä ja käyttäjän seurantaa, mainoksia ja erilaisia ohjelmoituja toimintoja. 

Toki grafiikalle on tarvetta paremman käyttäjäkokemuksen vuoksi ja mainosten takia sivut ovat käyttäjilleen ilmaisia. Kokonaisuutena mainosten ja grafiikan määrä on kuitenkin aivan liian suuri ja huonosti optimoitu.  

Miten oravanpyörästä pääsee ulos?

Ongelman ydin on hintakilpailu. Ohjelmistoja ostava asiakas haluaa päästä mahdollisimman halvalla eikä ole niinkään kiinnostunut teknisestä suorituskyvystä tai saati valmis maksamaan siitä suurempina työmäärinä. 

Toisenlainen mahdollisuus olisi olemassa. Selkein ratkaisu fiksumpaan resurssien käyttöön on niin sanottu vihreä koodi, josta Suomessa on puhunut erityisesti toimitusjohtaja Janne Kalliola. Se tarkoittaa pyrkimystä tuottaa sellaisia ohjelmointiratkaisuja, jotka vaativat vähemmän tallennustilaa, vähemmän laskentaa ja vähemmän tiedonsiirtoa. 

Ohjelmistoalalla ei arvosteta tarpeeksi muiden tekemiä ratkaisuja, vaan ohjelmoijat mielellään tekevät asioita itse, usein kiireellä, sen sijaan että ottaisivat muiden ratkaisun pohjaksi ja kehittäisivät sitä eteenpäin tehokkaammaksi. Aikaa siis käytetään asioiden tekemiseen uudestaan sen sijaan, että kehitetään jo olemassa olevaa paremmaksi. 

Ongelmana on myös ostajien osaamistaso. Ostajat ei välttämättä itsekään tiedä, että jonkin ominaisuuden tai palvelun voi tuottaa eri tavoin. 

Lisäksi jonkin ratkaisun hankinta- ja operatiiviset kustannukset voivat ohjautua eri tahoille organisaatiossa, esimerkiksi palvelun tilaa liiketoimintayksikkö, mutta sen operoinnin ja tämän vaatimat laite- tai pilviresurssit hoitaa IT-yksikkö. Hankintahinta voidaan kilpailuttaa ja halvin ratkaisu voittaa, mutta operatiivisia kustannuksia ei osata pohtia ja laskea kilpailutuksen yhteydessä.

Sama problematiikka tulee vastaan yrityksen www-sivujen kohdalla. Nettisivut suunnitellaan hienoiksi ja graafisiksi, mutta kukaan ei välttämättä pohdi sitä, miten ne on järkevintä toteuttaa. Kiireessä ja tiukkojen budjettirajoitusten maailmassa, toteutus tehdään mahdollisimman nopeasti ja helposti. Palvelun aiheuttama rasite tietoverkolle tai loppukäyttäjälle ulkoistetaan muiden ongelmaksi.

Tekemämme www-sivujen analyysi osoittaa, että dataa voisi säästää paljon paremmalla kuvien käsittelyllä ja poistamalla turhaa sisältöä, jota sivuilla ei oikeasti käytetä. Nämä säästöt voivat olla jopa 50 prosenttia  palvelun aiheuttamasta liikenteestä. Joissain tapauksissa on mahdollista päästä 90 prosentin säästöihin, niin ettei loppukäyttäjä näe mitään eroa.

Www-sivujen optimointia kyllä osataan tehdä ja esimerkiksi moni verkkokauppa on jo huomannut, että mitä nopeampi heidän kauppansa on, sitä parempi on heidän liikevaihtonsa. Näin siis optimointiin käytetty aika ja vaiva maksaa itsensä takaisin.

Jos optimointia aletaan tekemään laajemmin, seuraukset olisivat suorastaan vallankumoukselliset, erityisesti ilmastonmuutoksen näkökulmasta. Nykyiset ratkaisut kuluttavat aivan liikaa energiaa ja pakottavat uusimaan laitteistoja jatkuvasti aiheuttaen tarpeettoman ympäristökuorman.

Kirjoitus on julkaistu alunperin MustRead Akatemiassa.