Original Background, Problem Statement & Goal from UBA (DE)

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Original Background, Problem Statement & Goal from UBA (DE)

Energieeffizienz-Kennwerte von Komponenten und Werkzeugen der Softwareentwicklung und Vorarbeiten zur Etablierung einer Kennzeichnung für energieeffiziente Software.

1. Hintergrund und Problemstellung

Mit der Digitalisierung entstehen neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen, die  überwiegend auf softwarebedingten Innovationen basieren. So wird mit künstlicher  Intelligenz (KI) die Informationstechnik (IT) befähigt, eigenständig Probleme zu lösen  und Handlungen zu initiieren. Auf Basis von assistentengestützten Funktionalitäten  finden stärkere Automatisierung in den Transportsystemen und in der verarbeitenden  Industrie statt und anhand von Algorithmen werden in großen Datenbeständen Muster  und Gesetzmäßigkeiten erkannt, die neue Geschäftsideen entstehen lassen.

Die digitalen Technologien haben gemeinsam, dass sie auf die Vernetzung und  Verarbeitung von Daten angewiesen sind. Das bedeutet, dass die Digitalisierung ein Treiber für die Softwareprodukte und das Datenvolumen ist. Das Ergebnis einer stichprobenartigen Umfrage unter 134 Unternehmen durch den Bitkom-Verband ergab, dass in 2018 58 Prozent der Unternehmen ihre Umsätze im Bereich der Software und 54  Prozent im Bereich der IT-Services erzielt wurden. Lediglich 24 Prozent der Unternehmen  generierten die Umsätze durch den Verkauf von IT-Hardware. Anhand der Umsätze in den  letzten 10 Jahren wird deutlich, dass die Bedeutung der Software zugenommen hat. So  wurden im Jahr 2009 mit Softwareentwicklung und Softwareverkäufen in Deutschland  ca. 14,3 Milliarden Euro umgesetzt, im Jahr 2019 bereits 26 Milliarden. Für das Jahr 2020  wird ein Anstieg auf 27,6 Milliarden prognostiziert1.

Die Disziplinen Softwareentwicklung und Datenverarbeitung unterliegen bisher keiner Beschränkung durch die Technik. Denn ineffiziente Programmierung wird vielfach durch  immer schnellere Prozessoren und mehr Hauptspeicher kompensiert und die Fähigkeit  der Netze immer mehr Daten in immer kürzere Zeit zu übertragen, trägt nicht zur  Datensparsamkeit bei. Die hohe Inanspruchnahme der Hardware – durch ineffiziente  oder aufgeblähte Software - hat wiederum unmittelbare Auswirkung auf den  Energieverbrauch und den Erneuerungszyklus der Hardware.

Regulatorische und normative Anforderungen, die zur Sparsamkeit und somit zur  Energieeffizienz und Ressourcenschonung der Software führen, existieren weder auf  nationaler, noch auf europäischer Ebene. Mit der Europäischen Öko-Design-Richtlinie  werden Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter  Produkte definiert und Effizienzwerte vorgeschrieben. Die Produkte, die durch Software  gesteuert werden und die unter die Ökodesign-Richtlinie fallen– wie Computer und  Computerserver -, unterliegen jedoch keinen Anforderungen zur Datensparsamkeit oder  nach effizienter Programmierung. Obwohl die Software einen großen Einfluss auf den  Energieverbrauch in der Nutzung der elektronischen Geräte hat, bleibt damit eine  wichtige Einflussgröße ungenutzt, denn ein Großteil der energieverbrauchsrelevanten  Produkte wird inzwischen durch Software gesteuert.

Mit dem Umweltzeichen Blauer Engel für Software2 wurde ein erster Schritt gemacht, um  aus Sicht des Klima- und Ressourcenschutzes qualitative Mindestanforderungen an  Anwendungs-Software zu stellen und den Energieverbrauch und die

Hardwareinanspruchnahmen zu messen. Außerdem wird mit dem Umweltzeichen das  Problembewusstsein der Umweltbelastung durch Software erstmalig geschaffen.

2. Ziel und Gegenstand des Forschungsprojekts

Das Fehlen von gesetzlichen Vorgaben und normativen Anforderungen an die  Energieeffizienz der Softwareprodukte hat zur Folge, dass die Energieeffizienzgewinne  der Hardware durch ineffiziente Software oder schlechte Softwarekonzepte nicht oder  nur teilweise zum Tragen kommen. Die prognostizierten zukünftigen  Umsatzsteigerungen im Bereich der Software lassen vermuten, dass sich der  Energieverbrauch der IKT weiter exponentiell erhöhen wird, sofern die  Energieeffizienzpotenziale der Software nicht gehoben werden.

Das Vorhaben hat zwei Ziele. Mit dem Vorhaben sollen Softwareentwickler*innen  unterstützt werden, energieeffiziente und hardwareschonende Software programmieren  zu können. Darüber hinaus soll mit dem Vorhaben die Machbarkeit einer Kennzeichnung  von energieeffizienter Software untersucht und ein Konzept zur Bewertung der  Energieeffizienz erarbeitet werden.

Der Software-Lebenszyklus besteht aus einer Reihe von Entwicklungsstufen, hierzu  gehören die Modellierung und Architekturentwurf, der Entwicklungsprozess, die Tests  und Fehlerbereinigung und schlussendlich die Bereitstellung der Software. In jeder dieser Entwicklungsstufen finden Entscheidungsprozesse statt, wie die Wahl der  Programmiersprache, die Einbindung von fertigen Komponenten und Bibliotheken sowie  die Methoden zum Test und zur Verteilung. Mit dem ersten Ziel des Vorhabens sollen  Entwickler*innen dabei unterstützt werden, in den Entstehungsprozessen der Software  Entscheidungen für die energieeffizientere Variante treffen zu können. Hierfür ist es  wichtig, das Problembewusstsein durch verschiedene Kommunikationswege in die  Entwicklerszene zu etablieren. Darüber hinaus sollen Voraussetzungen geschaffen  werden, die Messbarkeit des Energieverbrauchs von Softwarekomponenten zu  vereinfachen.

Mit dem zweiten Ziel des Vorhabens soll die Energieeffizienz der Software für Dritte  transparent gemacht werden. Hierfür sollen die Machbarkeit eines nationalen  Bewertungssystems für energieeffiziente Software und die Möglichkeit einer grafischen  Darstellung für energieeffiziente Software untersucht und ein Konzept zur Bewertung der  Energieeffizienz entwickelt werden.

Zusätzlich soll das Vorhaben dabei unterstützen, die Klimaschutzziele zu erreichen und  als Grundlage dienen, um künftige, weiterführende Lösungen zu finden.

1 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/189894/umfrage/marktvolumen-im-bereich-software-in deutschland-seit-2007/

2 https://www.blauer-engel.de/de/produktwelt/elektrogeraete/ressourcen-und-energieeffiziente softwareprodukte