Joulusauna ja 4K-elokuva mobiilidatalla revisited

Joulun alla yleismediaan on palannut vanha väite, jonka mukaan 4K-tasoisen elokuvan katselu suoratoistona kuluttaa tukiasemassa yhtä paljon sähköä kuin saunominen, siis noin 10 kWh. Viimeksi tätä toisti Helsingin Sanomat (Elokuvan katsominen vastaa jopa saunan lämmitystä). Helsingin Uutiset pisti joulun alla vielä paremmaksi: sen mukaan teräväpiirtoleffan katsominen vastaa saunan lämmittämistä. Lisäksi kuvateksti väittää pöhkösti että "Striimauspalveluiden käyttäjä voi säästää pitkän pennin, jos hän on valmis pudottamaan kuvanlaatua." Kuvanlaatu ei vaikuta mitään kodin sähkönkulutukseen (paitsi 4K HDR -sisältö).

Saunarinnastus on peräisin Aalto yliopiston viime keväänä julkaisemasta analyysistä, jonka pointti oli siinä, että nettisivuista tulee yhä raskaampia, jolloin mobiilidatan käyttö lisääntyy kuin varkain. Se kuormittaa operaattorien sähkölaskua ja ympäristöä. Asialle pitäisi tehdä jotain. Itse analyysissä ei saunaa mainita, mutta STT:n uutisessa kylläkin: "Esimerkiksi kahden tunnin huippulaadukkaan 4K-resoluution elokuva mobiiliverkon kautta katsottuna kuluttaa sähköä saman verran kuin vaikka saunan lämmittäminen tai 20 kilometrin ajaminen sähköautolla."

Media tarttui kiinnostavassa aiheessa vain kiuasvertaukseen. "Elokuvan katsominen voi kuluttaa yhtä paljon sähköä kuin saunan lämmitys" jäi elämään, vaikka aiheuttikin runsaasti keskustelua somessa ja bloggasin aiheesta itsekin. Analyysin tehnyt professori olisi voinut pehmentää sanomaa, mutta sen sijaan hän perusteli sitä yksinkertaisella jakolaskulla: 40 Mbit/s (5 Mt/s) kahden tunnin ajalta = 36 Gt siirrettyä dataa. Ficomin ilmoituksen mukaan mobiiliverkon koko kulutus vuonna 2020 oli 220 Wh/Gt. Siispä 36 gigatavun siirtämiseen vaadittiin 7920 Wh eli noin 8 kWh. 

Tivi-lehti kävi kesäkuun lopussa läpi laskelman. Netflixin mukaan 4K-elokuvan bittivirta on vain 7 gigatavua tunnissa, eli kahden tunnin elokuvalta 14 gigatavua. Lisäksi Elisa ilmoitti oman verkkonsa energiatehokkuudeksi kyseisenä vuonna 120 Wh/Gt. Nykyisissä 5G-verkoissa luku on vieläkin alempi. Neljällätoista gigatavulla ja 120 wattitunnilla päästäisiin lukemaan 1,68 kWh, mikä on alle neljäsosa alkuperäisestä väitteestä.

Sekin lienee yläkanttiin. Jos halutaan tietää, paljonko 4K-elokuvan katselu oikeasti kuluttaa, pitäisi tietää paljonko tukiaseman kulutus LISÄÄNTYY kun joku liittymäasiakas katsoo elokuvaa. Oletettavasti tukiasemaverkosto vie paljon sähköä silloinkin, kun verkossa vain puhutaan (joskin puheliikenteen osuus kapasiteetista on pieni) tai kun valtaosa asiakkaista on unten mailla. Myös datan vastaanottaminen puhelimista vaatii energiaa. Tukiaseman kulutus ei putoa koskaan nollaan. 

Maksimikäytöllä tukiasema vie noin 10 kW tehoa. Jos väite sähkösaunan tasosta pitäisi paikkansa, 4K-elokuvan katselun aikana kapasiteettia ei riittäisi kenellekään muulle. Jo tämä riittää osoittamaan, ettei väite voi pitää paikkansa.

Myös älypuhelin toimii tukiasemana, kun se lähettää dataa takaisin päin verkkoon. Oletetaan, että älypuhelin pystyy lähettämään nopeudella 100 Mbit/s eli 12,5 megatavua sekunnissa. Tunnissa siirtyisi 45 gigatavua, siis parikin elokuvaa. Ehkä akku hyytyisi ennen tunnin täyttymistä, mutta joka tapauksessa: jos puhelin pystyy siirtämään tällaisia datamääriä akun varassa, miten tukiasemalta samaan voisi kulua sähkökiukaan verran?

Vain operaattorit tietävät, paljonko 4K-elokuvan datasiirto kasvattaa tukiaseman kulutusta. Aalto yliopisto voisi selvittää asiaa oikeasti, eikä vain pitää kiinni alkuperäisestä laskennallisesta arvosta, joka kyllä herättelee miettimään tietotekniikan sähkönkulutusta, mutta antaa väärän kuvan asiasta. Toisaalta sähköä kuluu myös palvelinkeskuksiin ja pieni määrä myös televisioon, joka elokuvan näyttää. Näitä lukuja ei missään laskelmassa ole huomioitu. Ilmiö itsessään on todellinen. Kaikki digitaalinen ja virtuaalinen ei ole automaattisesti vihreää.

Kun asiasta nyt taas nousi keskustelua, Telian Twitter-tiimi ilmoitti oman arvionsa: https://twitter.com/teliafinland/status/1608429680889053185. Sen mukaan 4K-katselu lisää 4G-tukiaseman kulutusta noin 0,3 kWh, 5G-verkossa lisäkulutus on vielä pienempi. Näin kulutus on enää 1/30 sähkökiukaasta. Nyt aletaan olla jo järkevissä lukemissa.

Monilla sivuilla käytetään nykyään automaattisesti käynnistyvää videota. Yksittäisen videon siirto vie ehkä puoli megatavua, mutta kun uutissivuilla voi olla miljoona sivulatausta, turhaan siirtyvän datan määrä onkin jo 500 gigatavua. Ja videoita on useilla sivuilla, jolloin siirto kertautuu. Turhan sähkönkulutuksen lisäksi ne kuluttavat hermoja.

Lisäys 30.12.2022: Elisan twiitti vahvistaa Telian lukemat: "Merkittävä osa mobiiliverkon energiankulutuksesta syntyy siitä, että ylipäätään on kuuluvuus, ja videon katselu nostaa tätä peruskulutusta vain hyvin pienen määrän. Modernin 5G-teknologian kyky siirtää dataa/kulutettu energiayksikkö on merkittävästi parempi kuin vanhempien verkkosukupolvien. Vanhentuneista yhteysteknologioista, kuten 3G:stä luopuminen parantaa siten mobiiliverkon tiedonsiirtokyvykkyyttä suhteessa energiakulutukseen ja edistää siten kestävää kehitystä." - eiköhän nyt voida lopettaa tämän disinformaation levittäminen 4K-elokuvasta ja saunomisesta. 

Laitanko saunan päälle vai katsonko elokuvan suoratoistona?

Yle uutisoi tänään Aalto-yliopiston tiedon, jonka mukaan elokuvan katselu 4K-tarkkuudella mobiilidatan yli vastaa sähkönkulutukselta saunan lämmittämistä. Äkkiseltään näin suuri sähkönkulutus tuntuu epärealistiselta. Tiedetään, että digipalvelut haukkaavat yhä enemmän sähköä, mutta että elokuvan katselu vastaisi jo sähkökiukaan käyttämistä?

Tiedon takana on Aalto-yliopiston tietoverkkotekniikan professori Jukka Manner, joka ihmettelyn jälkeen avasi laskelmaansa Twitterissä näin: "Ficom: "mobiilidata vie 220W/Gt" . Google: "4K vaatii n. 40Mbps eli 5MB/s". 5MB x 3600sek x 2h= 36GB x 220W = 7920W. Olkaa hyvä."

Manner huomioi pelkän mobiilin datasiirron. Palvelimet, runkoverkko ja katseluun käytetty laite (kuten iso televisio) tulevat tähän päälle.

Tiedetään, että mobiilidatan siirto kuluttaa huomattavasti enemmän energiaa kuin vastaavan datamäärän siirtäminen kuidussa, mutta että sähkökiukaan verran? Se tuntuu uskomattomalta.

Mobiilidatan sähkönkulutuksen arvo 220 W/Gt on vuodelta 2018. Sen jälkeen verkkotekniikat ovat kehittyneet ja varsinkin 5G on huomattavasti energiatehokkaampi kuin 4G. Mutta silti.

Yksi mahdollinen virhelähde sisältyy keskiarvon laskentaan. Mobiili tukiasema vie sähköä silloinkin, kun kaikki käyttäjät ovat nukkumassa eikä bittejä kulje lainkaan. Jos yksinkertaisesti jaetaan siirretty datamäärä kulutetulla sähköllä saadaan kyllä keskiarvo, mutta ei tietoa datasiirron tehokkuudesta. Toisin sanoen, jos 100 gigabittiä siirtyy 1 kWh:lla, se ei tarkoita että 10 gigabittiä siirtyisi 100 Wh:lla tai 1000 gigabittiä 10 kWh:lla. 

Netistä löytyy useita laskelmia Netflix-käytön energiankulutuksesta ja hiilijalanjäljestä. Ne ovat kuitenkin lähinnä kuituverkon lukuja ja huomattavasti alhaisempia kuin sähkökiukaan n. 8 kW teho. Suomalaisten kiinteähintaiset liittymät mahdollistavat suurten datamäärien siirron mobiilisti, mikä harvassa maassa olisi mahdollista.

Ehkä tätä voisi lähestyä tukiaseman näkökulmasta. Tyypillinen 4G-tukiasema toimii itse sähkökiukaan teholla, siis noin 5-10 kW. Jotta Aalto-yliopiston laskelma pitäisi paikkansa, kukin tukiasema voisi palvella vain yhtä katselijaa kerrallaan, ts. koko tukiaseman kapasiteetti olisi 4K-elokuvan vaatima 30-40 Mbps. Tämä ei selvästikään voi pitää paikkaansa. Arvelisin, että jo vanhalla 4G-tekniikalla tukiasemassa riittää tehoa vähintään kymmenen katselijan palvelemiseen. Käytännössä 4K-tarkkuuden datavirta lienee 15-30 Mbps, eli vielä alempi.

Haarukoin tätä vielä toista kautta. Kun omaan taloon ei saanut valokuitua, otin kiinteän 5G-liittymän. Se tarjoaa 350 Mbps nopeuden. Lupauksen mukaisesti kaista on kiinteä eikä hidastu käyttäjämäärien kasvaessa. Toistaiseksi lupaus näyttää pitäneen. 

Voisin laittaa suuren datalatauksen luuppiin (tai ajaa jatkuvasti nopeustestiä), jolloin pystyisin käyttämään 350 Mbit/s = 160 Gt/h. Tämän siirtäminen 220 Wh/Gt tehokkuudella aiheuttaisi operaattorille 32 kWh energiankulutuksen joka tunti. Kun vielä naapurit tekisivät saman, saisimme ajettua operaattorin konkurssiin pelkillä sähkölaskuilla. 

Tietotekniikan kasvava sähkönälkä on tärkeä aihe, jota olen itsekin käsitellyt mm. Tivin kolumnissani. Tarkkoja lukuja on vaikea saada, mutta ainakin suuruusluokan pitäisi olla oikein, jotta se ohjaisi kuluttajia kestäviin valintoihin.

Lisäys: Tästä löytyy Nokian dataa 5G:n energiankulutuksesta: Nokia 5G Energy Efficiency Revolution White Paper Tiivistettynä (s. 8) nykyisten mobiiliverkkojen kulutus 0,17 kWh/Gt, 5G:n myötä kulutus putoaa kymmenesosaan (pienissä soluissa jopa sadasosaan).

Joka tapauksessa tietotekniikan lisääntyvä sähkönkulutus on asia, johon täytyy kiinnittää huomiota. On optimistista ajatella, että kaikki virtuaalinen on ympäristön kannalta harmitonta ja vain lihatuotanto/fyysinen liikkuminen aiheuttavat päästöjä.

Lisäys 2: Kaikkien selvitysten jälkeen voisi kai tiivistää, että 4K-leffan katselu mobiilidatalla kuluttaa runsaasti sähköä -- ja valtaosa tästä sähköstä kuluu, vaikka et edes katsoisi sitä leffaa.

Lisäys: linkki alkuperäiseen Aalto-yliopiston tiedotteeseen

Lisäys 28.12.2022: Jaahas, tämä valeuutinen on taas tullut Hesariin ja on vieläpä luetuimpien joukossa. Elokuvan katsominen mobiili­liittymän kautta vastaa jopa saunan lämmitystä - ei vastaa. Meidän piti olla mobiilitekniikan osaajia. Odottaisin Nokian, operaattorien tai Aalto Yliopiston oikaisevan virhekäsitystä.

Lisäys 29.12.2022: Hesari on muokannut juttuaan ja lisännyt linkin marraskuiseen Traficomin laskelmaan, jonka mukaan "energiankulutus kiinteässä verkossa on 0,05 kilowattituntia (kWh) ja matkaviestinverkossa 0,12 kWh siirrettyä gigatavua (Gt) kohden". Näin 14 gigatavun 4K-elokuvan siirtoon kuluisi 1,68 kWh. Nämä luvut ovat laskennallisia arvoja, joissa on mukana verkon peruskulutus silloinkin, kun mitään dataa ei edes siirretä tai verkossa liikkuu vain puheluita. Olisi kiinnostavaa tietää, kuinka paljon tukiaseman sähkönkulutus LISÄÄNTYY siitä, että joku asiakas siirtää 14 gigatavua 4G- tai 5G-verkoissa. Tämä olisi se oleellinen tieto, jota en ole missään nähnyt. 

Lisäys 30.12.2022: Uusi kirjoitus samasta aiheesta. 

Syövätkö it-laitteet maapallon turmioon?

Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan professori Jukka Manner herättelee aamun Hesarissa ihmisiä tietotekniikan energianälkään. "Verkko syö kohta sähkömme - on kysyttävä onko meillä varaa tähän", kysyy juttu.

Minun on hieman vaikea seurata Mannerin ajatuksenjuoksua. Tietotekniikka haukkaa yhä suuremman osan maailman sähkönkulutuksesta, mutta se ei ole mobiililaitteiden syy. Päinvastoin, älypuhelimet ovat korvanneet pc-koneita ja vievät vain murto-osan niiden kulutuksesta. Prosessorien määrä ei tässä ole merkittävä vaan näytön koko.

Professori rinnastaa puhelinvalmistajat autoteollisuuteen ja ihmettelee, miksi vain autoteollisuus pyrkii vähentämään tuotteidensa energiankulutusta. Asiakkaat valittavat jatkuvasti älypuhelinten lyhyestä akkukestosta. Valmistajat pyrkivät kaikin keinoin vähentämään kulutusta, koska se on niiden ja asiakkaiden oman intressin mukaista.

Autoissa kyse on energian hinnasta, puhelimissa käyttömukavuudesta. Olisi kestämätöntä, jos autotkin pitäisi tankata joka päivä. Tai no, niinhän sähköautot pitääkin. Niistä on tulossa todellinen energiasyöppö, ei mobiililaitteista.

Ja vaikka älypuhelimia professorin mukaan myydään miljardi kappaletta vuodessa, valtaosa niistä on korvaushankintoja, joissa vanha puhelin vaihdetaan uuteen. Trendi-ihmisten pitää saada joka vuosi uusin iPhone. Käytössä olevien puhelinten määrä kasvaa paljon hitaammin ja loppuu jonain päivänä kokonaan.

Huoli palvelinkeskusten energiankulutuksesta on helpompi ymmärtää. Ne sijoittuvat maihin, joissa on viileää ja joissa energia on halpaa -- kuten Suomessa. Tälläkin sektorilla energiatehokkuus on jo pitkään ollut keskeisiä kilpailuvaltteja, koska suurempi sähkönkulutus vaatii tehokkaampaa jäähdytystä, ja ne nostavat käyttökustannuksia.

Palvelinkeskusten määrä kasvaa nopeasti ja niiden vaikutus maapallon energiatalouteen on tuntuva. Toisaalta töiden siirtyminen sähköiseen muotoon ja palveluiden muuttuminen itsepalveluksi netissä vähentää muuta energiankulutusta. Onko sattumaa, että öljynkulutus on vähentynyt ja sen hinta laskenut?

Energiatalouden kannalta on vain hyvä, että ihmisten ja tavaroiden liikuttaminen siirtyy bittien liikuttamiseksi. Sähköä on helpompi tuottaa keskitetysti ja sille on fossiilisista polttoaineista poiketen monia eri tuotantotapoja.

Eniten hämmentää Mannerin viimeinen, utopistinen ehdotus: miksi veroasioita pitäisi voida hoitaa kellon ympäri, eivätkö verkkopalvelutkin voisi olla auki vain 12 tuntia päivässä?

Tässä ajatuksessa ei ole logiikkaa. Online-palveluiden riippumattomuus ajasta ja paikasta on niiden suurin etu. Miksi pitäisi palata vanhaan virka-aikaan, kun siihen ei ole mitään todellista syytä?

Nettipalvelut voivat aivan hyvin olla auki 24 tuntia vuorokaudessa, sillä ne kuluttavat energiaa vain käytettäessä. Kun palvelussa on satoja asiakkaita, prosessori käy kuumana heitä palvellessaan. Yöaikaan kun asiakkaita on vähän, virransäästö sammuttaa tarpeettomia ytimiä ja laskee kulutusta (ei ihan nollaan, mutta merkittävästi kuitenkin).

Pakottamalla asiointi vain 8-20 välille aiheutettaisiin asiakkaille harmeja, mutta energiaa ei kuluisi yhtään vähempää. Ehkä jopa enemmän, sillä tekniikka pitää mitoittaa kulutushuipun mukaan. Mitä tasaisemmin käyttö jakautuu kellon ympäri, sen parempi.

Elektroniikkaromu on todellinen ongelma. Nämä sentään menevät kierrätykseen - kai.

Mutta on jotain, mistä meidän oikeasti pitäisi olla huolissamme. Ylen radiouutisissa kerrottiin aamulla, että kuluttajaviranomaisten mukaan elektroniikkalaitteiden tulee kestää vähintään kaksi vuotta, vaikka takuu kattaisi vain vuoden. Vain kaksi vuotta! Tällä hetkellä tuotamme elektroniikkarojua järkyttävän määrän ja miljardit myydyt älypuhelimet päätyvät saastuttamaan Afrikan luontoa vielä senkin jälkeen, kun ne eivät kuluta sähköä edes yhden elektronin vertaa.

Siihen meillä ja maapallolla ei ole varaa.

Pienistä puroista tulee... vain vähän isompi puro

Helsingin Sanomissa on tänään kiinnostava juttu aiheesta, jota olen usein itsekin ihmetellyt. Ekokuluttamisen myytit kertoo, miten vähän pienillä energiankulutusta alentavilla nikseillä todellisuudessa on merkitystä.

Niinpä niin. Ihmistä on helppo hämätä tekemään asioita, jotka tuntuvat hyödyllisiltä, mutta joiden todellinen vaikutus on marginaalinen. Luvut paljastaisivat karun totuuden, mutta kaikki eivät ole insinöörejä. Tavallinen ihminen uskoo mieluummin hyvään tunteeseen kuin koviin numeroihin.

Pseudoekoilun huippu on matkapuhelimen laturi. Se neuvotaan irrottamaan seinästä kun akku on ladattu, jotta energiaa ei kuluisi hukkaan.

Ilman mittariakin näkee, että seinässä möllöttävän laturin kulutus on olematon. Energia ei voi hävitä. Jos laite ei siirrä energiaa seinästä akkuun, sen täytyy muuttua valoksi tai lämmöksi. Mutta laturi ei valaise eikä edes lämpene. Niinpä kulutuksen täytyy olla lähes nolla. Nokian mukaan puhutaan alle 0,3 watin lukemasta.

Jossain näin irrottamiseen yllyttävän laskelman. Sen sanoma oli, että jos kaikki maailman kännykänkäyttäjät noudattaisivat ohjetta, sähköä säästyisi yhden voimalaitoksen verran.

Varmaan, mutta koko maapallon kulutuksessa yksi voimala on paljon pyöristysvirhettä pienempi tekijä. Absoluuttiset luvut eivät ole tärkeitä vaan niiden osuus kokonaisuudesta. On turha edes pohtia, miten vähentää energiankulutusta asiassa, jonka vaikutus on prosentin luokkaa (ja laturin irrottaminen seinästä on vielä paljon tätä pienempi -- kirjoittajan mukaan se vastaa sekunnin autoilua). Sekin aika kannattaisi käyttää lopun 99 prosentin pähkäilyyn, koska siellä panos/tuotos-suhde on paljon parempi.

Kännykän laturin kulutuksella ei ole käytännössä mitään merkitystä. Sen tuoma "säästö" hukkaantuu luultavasti jo yhdessä turhassa puhelussa. Akun pitäminen kunnossa tai Facebook-statuksen päivittäminen vähän harvemmin säästävät sähköä monta kertaa enemmän. Puhumattakaan siitä, että lykkää uuden puhelimen ostoa vaikka kuukaudella. Tällainen ekourotyö vastaa sitä, että koko suku alkaa irrottaa latureitaan seinästä.

Johtopäätös on kiusallisen yksinkertainen: vain isoihin asioihin kannattaa kiinnittää huomiota. Ne ratkaisevat. Pienistä asioista saa hyvän mielen ja puhtaan omatunnon, mutta ekoiluun ne eivät vaikuta mitään.

Suomalaisen arjessa lämmitys ja liikkuminen ovat ylivoimaisia energiankuluttajia. Kaikki huomio kannattaa kiinnittää näihin kahteen tekijään. Palataan kännykkälatureihin vasta, kun niistä on nipistetty edes 90 prosenttia pois.

Valot päällä päivin öin

Samalla, kun poliitikot haluavat kieltää hehkulamput, valoa ja sähköä tuhlataan sumeilematta esimerkiksi rakennustyömailla. Olen aina ihmetellyt, miksi täyden valaistuksen pitää palaa yötä päivää, vaikkei työmaalla olisi edes ketään töissä.

Yksi (leikkimielinen) selitys tulee mieleen: puolivalmiit rakennukset pitää valaista, jotta linnut, helikopterit ja lentokoneet eivät törmäisi niihin yön pimeydessä. Mutta tämäkään ei voi olla todellinen syy, sillä valot palavat myös matalissa rakennuksissa.

Hyvä esimerkki on tämä Otaniemen kupeeseen nouseva rakennus, josta otin valokuvia marraskuun 17. päivänä 2007 puoli yhdeltä yöllä. Oli perjantain ja lauantain välinen yö, eikä koko työmaalla taatusti ollut ristin sielua. Silti valot paloivat niin alhaalla aidan sisällä kuin myös tekeillä olevan rakennuksen jokaisessa huoneessa.

Väistämättä tulee mieleen ajatus, että sähkö on ilmeisesti liian halpaa, kun sitä riittää tuhlattavaksi asti. Ehkä poliitikkojen kannattaisi puuttua ensin tuhlaukseen ja hyötykäyttöön vasta sen jälkeen?