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1 Ressourceneffizienz

In welchem Ausmaß werden bei gegebener Funktionserfüllung Hardwarekapazitäten und damit indirekt natürliche Ressourcen beansprucht?

Dieses Hauptkriterium geht von der Vorstellung aus, dass die Erfüllung einer gegebenen Funktionalität durch ein Softwareprodukt mit unterschiedlicher Beanspruchung von Hardwarekapazitäten erfolgen kann, was indirekt zu einem unterschiedlichem Ausmaß in der Beanspruchung von natürlichen Ressourcen führt, die für die Bereitstellung und den Betrieb der Hardware benötigt werden.

Das angestrebte Ideal ist ein Softwareprodukt, das eine gegebene Funktionalität mit einem minimalen Ressourcenaufwand erbringt, also die Ressourceneffizienz (siehe Glossar) maximiert. Die Funktionalität wird durch Standardnutzungsszenarien (siehe Glossar) definiert. Als Näherung zur Abschätzung der beanspruchten natürlichen Ressourcen dienen die bereitzuhaltenden und die tatsächlich genutzten Hardwarekapazitäten sowie die dabei verbrauchte Energie.

1.1 Hardwareeffizienz

Welche Hardwarekapazitäten müssen für den Betrieb des Softwareprodukts bereitgehalten werden und wie werden sie während des Betriebs ausgelastet?

Die Hardwarekapazitäten werden in % der entsprechenden Kapazität eines Referenzsystems1 gemessen. Sie können nach zwei Dimensionen differenziert werden (vgl. folgende Tabelle). Auf der einen Dimension werden sie nach lokalen, Netzwerk-, und entfernten Ressourcen differenziert. Hier unterscheiden wir zusätzlich zwischen den empfohlenen (1.1.1), minimalen (1.1.2), im Leerlauf benötigten (1.1.3) und bei einem Standardnutzungsszenario benötigten (1.1.4) Kapazitäten. Auf der anderen Dimension differenzieren wir nach dem Typ der Hardware-Kapazität: Rechenleistung, Arbeitsspeicher, Permanentspeicher, Bandbreite, Displayauflösung. Die Matrix ist offen für die Erweiterung um zusätzliche Spalten, wenn in Zukunft neue Kategorien von Hardware relevant werden sollten.

Rechen-
leistung
Arbeits-
speicher
Permanent-
speicher
Band-
breite
Display-
auflösung
lokal empfohlen
minimal
Leerlauf
Standardnutzung
1.1.1 a)
1.1.2 a)
1.1.3 a)
1.1.4 a)
1.1.1 b)
1.1.2 b)
1.1.3 b)
1.1.4 b)
1.1.1 c)
1.1.2 c)
1.1.3 c)
1.1.4 c)
- 1.1.1 d)
1.1.2 d)
Netz empfohlen
minimal
Leerlauf
Standardnutzung
- - - 1.1.1 e)
1.1.2 e)
1.1.3 d)
1.1.4 d)
-
entfernt empfohlen
minimal
Leerlauf
Standardnutzung
1.1.1 f)
1.1.2 f)
1.1.3 e)
1.1.4 e)
1.1.1 g)
1.1.2 g)
1.1.3 f)
1.1.4 f)
1.1.1 h)
1.1.2 h)
1.1.3 g)
1.1.4 g)
- -

Jede Zelle der in der Tabelle dargestellten Matrix zeigt das zugehörige Kriterium (z. B. 1.1.1) mit dem zugehörigen Indikator (z. B. a)) zur Operationalisierung des Kriteriums. Die Kriterien und Indikatoren werden in den folgenden Abschnitten erläutert, die entsprechend nummeriert sind. Nicht alle Kriterien 1.1.1 – 1.1.4 sind in allen Feldern der Matrix anwendbar, deshalb bleiben einige Zellen leer.

Die Kriterien 1.1.5 und 1.1.6 dienen ebenfalls zur Beurteilung der Hardwareeffizienz, können pauschal beurteilt werden und erfordern keine Differenzierung nach dieser Matrix. Sie sind deshalb in der Tabelle nicht erwähnt.

Grundsätzlich stellt sich für die spätere Aggregation von Kriterien das Problem einer Konkurrenz zwischen verschiedenen Hardwarekapazitäten (lokal vs. entfernt, Rechenleistung vs. Arbeitsspeicher, Rechenleistung zur Datenkompression vs. Bandbreite usw.). Könnte man die Hardwarekapazitäten in Form eines ökologischen Fußabdrucks bewerten, könnten sie mit dem Ergebnis dieser Bewertung gewichtet und aggregiert werden. Die Abschätzung des ökologischen Fußabdrucks ist nicht Teil der Arbeiten, die hier vorgestellt werden; wir verweisen den Leser auf existierende Lebenszyklus-Inventare von IKT-Hardware und elektrischer Energie als Grundlage für eine Aggregation.

Für die Messung der Kriterien 1.1.3 und 1.1.4 gelten folgende grundlegenden Definitionen:

Bezeichner Name Definition Anmerkung
VAi Vollauslastung Oberen Grenze der Auslastung i des Referenzsystems Bei Prozessorleistungen beträgt die Vollauslastung 100%, bei Arbeitsspeicher die Summe der installierten RAM-Kapazitäten, beim Netzwerk die maximale Übertragungsgeschwindigkeit usw.
GAi Grundauslastung Messwert der mittleren Auslastung i des Referenzsystems ohne die zu untersuchende Software.
LAi Leerlauf-Auslastung Messwert der mittleren Auslastung i des Referenzsystems im Leerlauf der untersuchten Software Beinhaltet sowohl die Grundauslastung (GAi) als auch die zusätzliche durch den Leerlaufbetrieb der Software verursachte Hardware-Auslastung.
NLAi Netto-Leerlauf-Auslastung NLAi = LAi - GAi Beschreibt die durch den Leerlaufbetrieb der Software über die Grundauslastung hinausgehende beanspruchte Hardware-Auslastung
t Ausführungsdauer Laufzeit der untersuchten Software zur Ausführung des Standardnutzungsszenarios auf dem Referenzsystem Beginnt mit dem Start des Standardnutzungsszenarios und endet mit der Erledigung aller dort vorgesehenen Aktionen, inklusive nachgelagerter Prozesse (z.B. Freigeben von Arbeitsspeicher, Löschung temporärer Dateien).
BAi Brutto-Auslastung Mittlere Auslastung des Referenzsystems bei Ausführung eines Standardnutzungsszenarios über dessen Ausführungsdauer Wird als zeitgewichteter Mittelwert der Messwerte über die Ausführungsdauer berechnet.
NAi Netto-Auslastung NAi = BAi – GAi Bezeichnet die durch die Software verursachte mittlere Hardware-Auslastung nach Abzug der Grundauslastung des Referenzsystems.
AFi Allokationsfaktor AFi = NAi / (VAi - GAi)
(Allokationsfaktor für die Ausführung des Standardnutzungsszenarios)
Verhältnis der durch die Software beanspruchten Netto-Auslastung zu der maximal zur Verfügung stehenden Auslastung. Dabei ist berücksichtigt, dass maximal nur die Differenz zwischen der Vollauslastung (VA) und der Grundauslastung (GA) zur Verfügung steht.
AFLi Leerlauf-Allokationsfaktor AFLi = NLAi / (VAi - GAi)
(Allokationsfaktor für den Leerlauf der Software)
EAi Effektive Auslastung EAi = NAi + AFi * GAi
ELAi Effektive Leerlauf-Auslastung ELAi = NLAi + AFLi * GAi Genutzt um die Indikatoren zur Berechnung der Hardwareansprüche von Kriterium 1.1.3 zu berechnen
Hi Hardware-Inanspruchnahme Hi = EAi * t Genutzt um die Indikatoren zur Berechnung der Hardwareansprüche von Kriterium 1.1.4 zu berechnen

Welche Systemvoraussetzungen für den Betrieb des Softwareprodukts werden vom Hersteller empfohlen? Wenn andere Softwareprodukte zur Nutzung des betrachteten Produktes vorausgesetzt werden, sind deren empfohlene Systemvoraussetzungen zusätzlich zu berücksichtigen.

Indikatoren:

a) Empfohlene lokale Rechenleistung laut Herstellerangaben in % der Rechenleistung des Referenzsystems

b) Empfohlener lokaler Arbeitsspeicher laut Herstellerangaben in % des Arbeitsspeichers des Referenzsystems

c) Empfohlener lokaler Permanentspeicher laut Herstellerangaben in % des Permanentspeichers des Referenzsystems

d) Empfohlene Displayauflösung laut Herstellerangaben in % der Displayauflösung des Referenzsystems

e) Empfohlene Bandbreite für Netzzugang laut Herstellerangaben in % der Bandbreite des Referenzsystems

f) Empfohlene serverseitige Rechenleistung laut Herstellerangaben in % der Rechenleistung des Referenzsystems

g) Empfohlener serverseitiger Arbeitsspeicher laut Herstellerangaben in % des serverseitigen Arbeitsspeichers des Referenzsystems

h) Empfohlener serverseitiger Permanentspeicher laut Herstellerangaben in % des serverseitigen Permanentspeichers des Referenzsystems

Welche Systemvoraussetzungen sind für den Betrieb des Softwareprodukts minimal notwendig?

Indikatoren:

a) Minimale lokale Rechenleistung laut Herstellerangaben in % der Rechenleistung des Referenzsystems

b) Minimaler lokaler Arbeitsspeicher laut Herstellerangaben in % des Arbeitsspeichers des Referenzsystems

c) Minimaler lokaler Permanentspeicher laut Herstellerangaben in % des Permanentspeichers des Referenzsystems

d) Minimale Displayauflösung laut Herstellerangaben in % der Displayauflösung des Referenzsystems

e) Minimale Bandbreite für Netzzugang laut Herstellerangaben in % der Bandbreite des Referenzsystems

f) Minimale serverseitige Rechenleistung laut Herstellerangaben in % der Rechenleistung des Referenzsystems

g) Minimaler serverseitiger Arbeitsspeicher laut Herstellerangaben in % des serverseitigen Arbeitsspeichers des Referenzsystems

h) Minimaler serverseitiger Permanentspeicher laut Herstellerangaben in % des serverseitigen Permanentspeichers des Referenzsystems

Wie hoch ist die mittlere Auslastung der bereitgestellten Hardwarekapazitäten durch das Softwareprodukt, wenn sich dieses im Leerlauf befindet?

Indikatoren:

a)     Messung der mittleren Prozessorauslastung im Leerlauf unter Standardkonfiguration (Differenz zum Grundverbrauch der Standardkonfiguration ohne das Softwareprodukt im gleichen Zeitraum)

b)    Messung der mittleren Arbeitsspeicherbelegung im Leerlauf unter Standardkonfiguration

c)     Messung der mittleren Permanentspeicherbelegung im Leerlauf unter Standardkonfiguration

d)    Messung der mittleren beanspruchten Bandbreite für Netzzugang im Leerlauf unter Standardkonfiguration

e)     Messung der mittleren serverseitigen Prozessorauslastung im Leerlauf unter Standardkonfiguration

f)      Messung der mittleren serverseitigen Arbeitsspeicherbelegung im Leerlauf unter Standardkonfiguration

g)     Messung der mittleren serverseitigen Permanentspeicherbelegung im Leerlauf unter Standardkonfiguration

 

Die mittleren Prozessorauslastungen (Indikatoren a) und e)) sowie die mittleren Arbeitsspeicherbelegungen (Indikatoren b) und f)) werden als Effektive Leerlauf-Auslastungen (ELA) berechnet (siehe "Grundlegende Definitionen"). Sie beinhalten neben der Netto-Leerlauf-Auslastung (NLA) zusätzlich noch einen Anteil an der Grundauslastung (GA) gemäß den Festlegungen in Abschnitt 1.1.

Wie hoch ist die Inanspruchnahme der bereitgestellten Hardwarekapazitäten beim Betrieb des Softwareprodukts?

Als Hardware-Inanspruchnahme wird hier das Integral der Hardware-Auslastung über die Ausführungsdauer eines Standardnutzungsszenarios verstanden. Die Maßeinheiten für die Hardware-Inanspruchnahme sind Einheiten für Arbeitsleistung, wie %*s (Prozessorarbeit), MByte*s (Arbeitsspeicherarbeit) und MBit/s*s = MBit (im Netzwerk übertragene Datenmenge). Anders als bei den vorangehenden Kriterien 1.1.1 – 1.1.3 wird bei der Hardware-Inanspruchnahme also auch die Ausführungsdauer berücksichtigt. Zur Erläuterung: Wenn ein Programm A doppelt so viel Prozessorleistung, Arbeitsspeicher oder Bandbreite beansprucht wie Programm B, um ein gegebenes Standardnutzungsszenario zu erledigen, aber dafür den Prozessor, Speicher oder die Bandbreite nach der Hälfte der von B benötigten Zeit wieder freigibt, so ist die Hardware-Inanspruchnahme beider Programme gleich hoch.

Die Hardware-Inanspruchnahme wird als Produkt aus mittlerer effektiver Hardware-Auslastung und der zur Ausführung des Standardnutzungsszenarios benötigten Zeit berechnet. Die Ausführungsdauer ist dabei für alle Hardwarekapazitäten gleich hoch.

Indikatoren:

a)     Messung der Prozessorarbeit bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

b)    Messung der Arbeitsspeicherarbeit bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

c)     Messung der Permanentspeicherarbeit bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

d)    Messung der übertragenen Datenmenge für Netzzugang bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

e)     Messung der serverseitigen Prozessorarbeit bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

f)      Messung der serverseitigen Arbeitsspeicherarbeit bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

g)     Messung der serverseitigen Permanentspeicherarbeit bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration

 

Die Hardware-Inanspruchnahme (H) für die Prozessorarbeit (Indikatoren a) und e)) sowie die Arbeitsspeicherarbeit (Indikatoren b) und f)) werden berechnet wie in "Grundlegende Definitionen" angegeben.

Beansprucht das Softwareprodukt nur jene Hardwarekapazitäten, die für die Ausführung der von den jeweiligen Nutzenden nachgefragten Funktionen benötigt werden? Werden die Nutzenden durch die Software ausreichend dabei unterstützt, entsprechende Anpassungen vorzunehmen?*

Indikatoren:

a) Geschieht die Minimierung der beanspruchten Kapazitäten automatisch und/oder gibt es bei der Installation der Software entsprechende Optionen? (Skala: ja/nein)

b) Falls die Nutzenden eine entsprechende Wahl treffen, ist die Entscheidung für oder gegen Installationsoptionen später jederzeit revidierbar (Skala: ja/nein)

c) Black-Box-Test: Können hardwareintensive Software-Module abgeschaltet werden? (Skala: können abgeschaltet werden/können nicht abgeschaltet werden)

d) Ist es ohne Nachteil möglich, vorübergehend oder dauerhaft nicht benötigte Peripheriegeräte abzuschalten bzw. gar nicht bereitzustellen? (Skala: Können vorübergehend und dauerhaft abgeschaltet werden/können nur vorübergehend abgeschaltet werden/können nicht abgeschaltet werden)

e) Werden nach der Installation die Dateien gelöscht, die nur zur Installation benötigt werden?


* Keine Belegung von Kapazitäten durch vorübergehend oder dauerhaft nicht nachgefragte Funktionalität.

Kann das Softwareprodukt (inkl. aller Programme, Daten und Dokumentation einschließlich Handbüchern) ohne den Transport physischer Datenträger (inkl. Papier) oder anderer materieller Güter (inkl. Verpackung) erworben, installiert und betrieben werden?

Indikatoren:

a) Sind eine Online-Auslieferung und ein Online-Update der Software möglich?

b) Wird unterstützt, dass das Softwareprodukt und seine Updates in der anwendenden Organisation zentral abgelegt werden?

1.2 Energieeffizienz

Wie viel elektrische Energie verbraucht die Hardware bei Nutzung des Softwareprodukts zur Ausführung eines Standardnutzungsszenarios?

Der Verbrauch elektrischer Energie ist eine Konsequenz der Beanspruchung von Hardwarekapazitäten. Deren Bestimmung wurde unter 1.1.4 bereits behandelt. Deshalb soll die elektrische Leistungsaufnahme der Hardware im Rahmen der unter 1.1.4 beschriebenen Messungen jeweils mitgemessen werden, zumindest für die Summe der jeweils lokal, im Netz oder entfernt genutzten Hardwarekapazitäten.

Indikatoren:

a)     Messung der zur Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration auf dem lokalen Gerät verbrauchten Energie

b)     Schätzung der durch die Datenübertragung im Netz verbrauchten Energie aufgrund des bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration erzeugten Datenverkehrs (Verwendung einer aktuellen Schätzung für die Energieintensität des Netzes in kWh/GB basierend auf aktueller Fachliteratur, wenn nötig differenziert nach Zugangsnetzen)

c)    Messung der durch die entfernte Speicherung und Verarbeitung in Servern verbrauchten Energie bei Ausführung des Standardnutzungsszenarios unter Standardkonfiguration (falls Messung nicht möglich, Schätzung mit Hilfe durchschnittlicher Faktoren für die Energieintensität von Rechenzentrumsdienstleistungen basierend auf aktueller Fachliteratur)

 

Die verbrauchte elektrische Energie ergibt sich durch Integration der elektrischen Leistungsaufnahme über die Ausführungszeit des Standardnutzungsszenarios. Abweichend von den Festlegungen, die für die Hardware-Auslastung (siehe Abschnitt 1.1.4) getroffen wurden, wird für die Messungen der elektrischen Energie (Indikatoren a) und c)) nur der Nettowert der elektrischen Leistungen ermittelt, also nur die Leistungswerte, die über den elektrischen Grundverbrauch des Referenzsystems hinausgehen. Diese abweichende Berechnung erfolgt sowohl aus Gründen der Praktikabilität (die Berechnung des Allokationsfaktors nach 1.1.4 ist bei elektrischen Leistungswerten aufgrund fehlender Obergrenzen nicht praktikabel) als auch aus Gründen der Aussagekraft (die Unterschiede im Energieverbrauch von Software werden deutlicher, wenn die Grundauslastung nicht im Indikator enthalten ist).

1.3 Ressourcenmanagement

In welchem Ausmaß trägt das Softwareprodukt während seines Betriebs zu einem effizienten Management der von ihm beanspruchten Ressourcen bei?

Weil das Ausmaß der Nutzung eines gegebenen Softwareprodukts schwanken kann, trägt eine entsprechende adaptive und durch das Softwareprodukt unterstützte Nachfrage nach Hardwarekapazitäten zur Ressourcenschonung bei. Freigegebene Hardwarekapazitäten können potenziell durch andere Prozesse genutzt werden oder ihren Energieverbrauch reduzieren. Beides trägt indirekt zur Schonung natürlicher Ressourcen bei.

Dieses Kriterium bezieht sich im Gegensatz zu den Kriterien 1.1. und 1.2 auf die Anpassung des Bedarfs an Hardwarekapazitäten zur Laufzeit des Programms, insbesondere den Übergang in sparsamere Modi, abhängig von den momentanen Anforderungen der Nutzenden oder dem Angebot an Hardwarekapazitäten und Energie. Während die Ressourceneffizienz in den verschiedenen Modi durch die Kriterien 1.1 und 1.2 adressiert wurde, steht hier also die Fähigkeit zum kontextabhängigen Wechsel zwischen den Modi im Vordergrund.

Kann das Softwareprodukt im laufenden Betrieb Hardwarekapazitäten freigeben (und damit auch seinen Energieverbrauch reduzieren), wenn diese nicht benötigt werden?

Indikatoren:

a) Verfügt das Softwareprodukt über unterschiedliche Modi, deren Wechsel sich messbar auf den Energieverbrauch auswirkt?

b) Wechselt das Softwareprodukt dynamisch jeweils in einen sparsameren Modus, wenn das möglich ist? (z. B. Schlafmodus)

c) Falls für die Software spezielle Einstellungen für einen sparsamen Betriebsmodus vorgenommen werden müssen, sind diese Konfigurationsmöglichkeiten zentral und allgemein verständlich zusammengefasst?*

 

 


* Beispiele: Hintergrund-/Sleep-Einstellungen, Animationen, rechenintensive Prozesse wie Index etc., Cache-Größen, zeitliche Steuerbarkeit von Prozessen, um ökologisch günstigere Energiezufuhr auszunutzen (demand shaping).

Kann das Softwareprodukt im laufenden Betrieb seinen Bedarf an Hardwarekapazitäten (und damit auch seinen Energieverbrauch) reduzieren, wenn das Angebot sich dynamisch verringert? (z. B. wenn weniger Bandbreite zur Verfügung steht oder der Akku sich leert)

Indikatoren:

a) Wechselt das Softwareprodukt in einen sparsameren Modus, wenn das Angebot an Hardwarekapazitäten oder Energie sich verringert, ohne dass Fehler oder Datenverluste auftreten? (keine Einschränkung, langsamere Ausführung, Fehler in der Ausführung)

b) Ist die Software auch bei aktiviertem Energiemanagement der darunterliegenden Systemschichten oder der verbundenen Clientsysteme uneingeschränkt funktional nutzbar?* (ja, uneingeschränkt nutzbar / eingeschränkt nutzbar / nicht nutzbar)

 


* Insbesondere ist bei serverbasierter Software zu fordern, dass das Aktivieren des Energiemanagements auf Client-Seite die Funktionalität nicht beeinträchtigt. Beispielsweise darf es nicht zu einem Verlust von Session-Information führen, wenn der Client in einen Sleep-Mode wechselt.

Sind die Standardeinstellungen des Softwareprodukts so gewählt, dass sie das Ziel der Ressourcenschonung mitberücksichtigen?*

Indikatoren:

a) Einschätzung des Prüfers, ob Standardeinstellungen des Softwareprodukts so gewählt sind, dass sie das Ziel der Ressourcenschonung mitberücksichtigen


* Beispiel: Standardeinstellung beim Drucken: Wird Papier beidseitig bedruckt, wenn der Drucker dazu in der Lage ist? 

Können die vom Softwareprodukt aktuell beanspruchten lokalen und entfernten Hardwarekapazitäten und resultierenden Energieverbräuche angezeigt werden und ist die Anzeige korrekt?

Indikatoren:

a) Werden die beanspruchten Hardwarekapazitäten, der Datenfluss und die Energieverbräuche angezeigt? (funktionsspezifisch vorhanden mit Vorschlägen zur Ressourceneinsparung, funktionsspezifisch vorhanden, für das Gesamtprodukt vorhanden, nicht vorhanden)

b) Einschätzung des Prüfers, ob Anzeige korrekt (korrekt / nicht korrekt)


[1] Zur Anwendung des Kriteriensystems muss periodisch ein Referenzsystem auf dem Stand der technischen Entwicklung bestimmt werden. Dieses dient zur Normierung von Indikatoren.

[2] Der Verbrauch elektrischer Energie ist eine Konsequenz der Beanspruchung von Hardwarekapazitäten, die unter 1.1. bereits behandelt wurden. Dieses Kriterium ist also redundant. Weil Energie aber separat gemessen werden kann und nicht alle Unterkriterien der Hard­ware­effizienz (1.1) operationalisierbar sind, ist diese Redundanz erwünscht.