Los desafíos modernos del progreso tecnológico
Desde sus orígenes, la humanidad ha encontrado en la tecnología un aliado para superar los límites que las condiciones ambientales imponían a su evolución. El progreso tecnológico ha determinado el surgimiento y el comienzo de distintas eras y hoy está dando forma a la era digital, en la que los algoritmos y los dispositivos electrónicos representan los componentes centrales de la innovación. Los productos digitales apoyan a los diferentes sectores industriales, reducen el tiempo de salida al mercado de los productos y agilizan todas aquellas operaciones repetitivas y tediosas que antes recaían sobre los operadores.
La era digital representa una nueva oportunidad para la humanidad de alcanzar lo que era impensable hasta hace 50 años: líneas de producción automatizadas gracias al IoT, procesamiento de big data para productos personalizados y una experiencia de cliente mejorada basada en la inteligencia artificial. El IoT y los sistemas ciberfísicos son dos de las principales tecnologías introducidas por la Industria 4.0 con el objetivo de optimizar los procesos productivos, reducir el uso de repuestos y minimizar los riesgos para los operadores humanos. Mientras que la Industria 4.0 está acelerando los procesos industriales, el siguiente paso, la Industria 5.0, permitirá reducir el tiempo perdido en la transferencia de datos y reforzar los marcos de colaboración dentro de la cadena de suministro.
Sin embargo, es propio del paso del tiempo que cada nueva era venga acompañada de nuevos desafíos. De hecho, a medida que entramos en la era digital, estas problemáticas contemporáneas comienzan a tomar forma de manera progresiva. El cambio climático se está convirtiendo en una prioridad absoluta para gobiernos e instituciones, ya que sus efectos están alcanzando el punto de no retorno más rápidamente de lo que se podría pensar. En un plazo de cinco años, el cambio climático será irreversible y afectará la vida de todas las personas. La Organización Mundial de la Salud ha estimado que el número de muertes adicionales debidas al cambio climático entre 2030 y 2050 alcanzará las 250.000 por año (5 millones en total), dado que 3.600 millones de personas ya viven en áreas altamente vulnerables a las consecuencias del calentamiento global.
El cambio climático es un problema terrible y necesita ser resuelto. Merece ser una prioridad absoluta.
— Bill Gates, fundador de Microsoft
Contaminación real proveniente de un mundo virtual
La investigación científica e industrial se centra actualmente en la reducción de las emisiones de CO₂. La reciente difusión global de las tecnologías digitales tiene el potencial de acelerar la transición ecológica. Sin embargo, estas mismas tecnologías se han convertido en los últimos años en una de las principales fuentes de contaminación ambiental.
Según Frans Berkhout y Julia Hertin en «De-materialising and re-materialising: digital technologies and the environment», los efectos de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) sobre el medio ambiente pueden dividirse en impactos directos, indirectos y estructurales/comportamentales. Los impactos directos están relacionados con la producción y el mantenimiento del hardware (servidores, cables, placas base, etc.) y no difieren significativamente de los de cualquier otro producto industrial, teniendo consecuencias negativas sobre el clima. Los impactos indirectos están principalmente vinculados a la “desmaterialización” de ciertos productos y servicios, con un efecto globalmente positivo. Por último, los impactos estructurales y comportamentales están relacionados con dinámicas más profundas, como los cambios sociales, económicos y en los marcos legales.
Resulta difícil predecir el impacto global del proceso de digitalización sobre el cambio climático. La ADEME (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie) ha demostrado que la producción de CO₂ asociada a un solo correo electrónico de apenas 1 megabyte es de aproximadamente 19 gramos. Si se considera la cantidad de correos electrónicos enviados diariamente en las empresas de todo el mundo, se alcanzan cifras enormes de emisiones de CO₂. En otras palabras, 15 correos electrónicos promedio contaminan más que conducir 1 km en automóvil.
Además, el ESG Karma Metrix Observatory ha demostrado que otras tecnologías digitales presentan una huella ambiental inesperadamente alta. ¿Cuántas veces utilizamos motores de búsqueda como Google? ¿O vemos películas y series en Netflix? Plataformas de este tipo son extremadamente contaminantes. Incluso se ha estimado que, si Internet fuera un país, sería el cuarto más contaminante del mundo.
Estos ejemplos demuestran que las tecnologías digitales son un arma de doble filo. Debemos cuidar nuestro planeta utilizando de forma consciente los avances tecnológicos. Como es sabido, Airizon trabaja activamente para reducir las emisiones de CO₂ disminuyendo el tiempo de salida al mercado de aeronaves híbridas, totalmente eléctricas y propulsadas por hidrógeno. Nuestra suite digital HEAD (Hydrogen and Electric Aircraft Designer) integra los métodos de diseño más recientes para este tipo de aeronaves, ayudando a los diseñadores a acelerar el proceso.
Como parte de una humanidad comprometida con el cuidado del planeta, alentamos a nuestra red, clientes y empleados a tener en cuenta algunos consejos sencillos para reducir nuestra huella ambiental:
- Si no es necesario, no responda a un correo electrónico copiando toda la cadena.
- Si recibe un correo con información trivial (por ejemplo: “Gracias por el documento”), elimínelo.
- En las cadenas de correos, conserve solo el último mensaje enviado y elimine los anteriores.
- Elimine periódicamente los chats inactivos en redes sociales.
- Elimine los grupos de redes sociales que ya no tengan razón de existir.
- No abra muchas páginas web al mismo tiempo si no es necesario.
- Acuda al trabajo caminando siempre que sea posible.
Como primer paso para reducir nuestra huella ambiental, en Airizon hemos creado nuestro propio sistema de comercio de emisiones de correos electrónicos mediante una herramienta interna diseñada para registrar las emisiones asociadas a cada correo enviado por cada miembro del equipo (figuras 1 y 2). Una vez registrados los correos, aquellos empleados que superan el límite pueden solicitar correos adicionales a los compañeros más virtuosos. Si las emisiones mensuales globales superan el valor máximo establecido, los correos se revisan para tomar acciones correctivas en el mes siguiente.
Figura 1: Sistema de comercio de emisiones desarrollado por Airizon. La interfaz muestra cuántos gramos de CO₂ produce cada miembro del equipo en función del número de correos enviados durante el mes.
Figura 2: Interfaz del sistema de comercio de correos electrónicos desarrollado por Airizon, mostrada por persona.
Estrategias de sostenibilidad: Green Computing
Como se mencionó anteriormente, existe una clara distinción entre impactos directos, indirectos y estructurales o comportamentales. Esta distinción es fundamental para una rama de la ingeniería que estudia específicamente la sostenibilidad de las tecnologías de la información: el Green Computing. El Green Computing es un subsector de la informática sostenible que se centra en investigar y desarrollar prácticas y procedimientos para utilizar los recursos de TI de forma respetuosa con el medio ambiente, sin comprometer el rendimiento.
El objetivo es encontrar soluciones que mejoren la eficiencia de los recursos, promoviendo su reducción, reutilización y reciclaje.
La investigación sobre los beneficios del Green Computing se centra principalmente en dos aspectos clave:
- El aspecto social, ya que ha incrementado la conciencia ambiental entre los consumidores, quienes ahora son más propensos a elegir productos, empresas y organizaciones del sector TI que consideran su impacto ambiental.
- El aspecto económico, ya que las empresas, a través de procesos de Green Computing, pueden reducir significativamente el consumo eléctrico, lo que se traduce en importantes ahorros de costos.
Sin embargo, por muy optimizados que estén los sistemas físicos y aunque se alimenten con energías renovables, si el software que se ejecuta en ellos utiliza más recursos de hardware de los necesarios, los ahorros energéticos serán en vano.
Si las infraestructuras de TI se vuelven más sostenibles, el software que se ejecuta sobre ellas también debe serlo. Así nació el Green Software Development, una rama de la ingeniería informática que busca materializar la filosofía del Green Computing centrándose en la optimización del software. Mientras que el Green Computing actúa sobre los aspectos físicos, estructurales y sociales de la TI, el Green Software Development se enfoca en lo intangible y digital.
El equipo de Asternox se especializa en la investigación en Green Computing y Green Software Development. A pesar de ello, actualmente seguimos enfrentando algunos problemas críticos relacionados con la definición y medición precisa de las emisiones asociadas al desarrollo de software.
Esta complejidad se debe a diversos factores, entre ellos:
- la definición de estándares y herramientas para el monitoreo de sistemas de software y de las máquinas en las que se ejecutan;
- la intangibilidad intrínseca del software, caracterizada por múltiples dinámicas;
- la variedad de máquinas e infraestructuras sobre las que se ejecuta el software, y otros elementos relacionados.
No obstante, como expertos en el sector, reconocemos que es nuestro deber desarrollar e implementar métodos de medición basados en evidencia. Nuestro objetivo es obtener estimaciones lo más precisas y representativas posibles de las emisiones reales del software, contribuyendo así a una mayor sostenibilidad en la industria tecnológica.
Numerosos equipos de investigación y desarrollo están avanzando en la creación de software orientado al monitoreo eficiente. Un ejemplo destacado es Scaphandre, cuyo objetivo es permitir que cualquier empresa o profesional mida el consumo energético de sus servicios tecnológicos y obtenga estos datos de forma práctica a través de cualquier cadena de herramientas de monitoreo o análisis de datos. Muchos otros equipos están involucrados en la investigación y el desarrollo de herramientas de monitoreo, lo que demuestra una fuerte voluntad por parte de la comunidad de desarrolladores de crear productos de software lo más optimizados y “energéticamente neutros” posible.
Como equipo de desarrollo, en Asternox nos hemos propuesto analizar el mundo web para diseñar y desarrollar una solución capaz de reflejar los conceptos de Green Computing y Green Software Development. De este modo, apoyamos a Airizon en su objetivo de producir “soluciones inteligentes para un cielo limpio”.
Reducción del consumo digital mediante el desarrollo optimizado de sitios web
Como han señalado acertadamente nuestros colegas de Airizon, muchas tecnologías digitales generan una huella de carbono muy elevada. Las emisiones de un solo correo electrónico son insignificantes, pero su impacto se vuelve relevante si se considera que se envían aproximadamente 227.000 millones de correos electrónicos al día. Lo mismo ocurre con una actividad tan simple y frecuente como navegar por Internet.
Siguiendo el ejemplo de Airizon, que ha desarrollado un sistema para compensar las emisiones derivadas del uso del correo electrónico, en Asternox estamos comprometidos a estudiar las emisiones generadas por la navegación web y a explorar formas eficaces de compensarlas.
La pregunta que nos planteamos es: ¿cuál es el impacto ambiental de los sitios web y las aplicaciones web en Internet? Y, sobre todo, ¿por qué tienen una huella de carbono tan alta? La respuesta es sencilla: no puede determinarse con exactitud, al menos no sin realizar cálculos exhaustivos.
Por naturaleza, los elementos de hardware y software no son fácilmente cuantificables o medibles. Sería más fácil calcular cuántos granos de arroz existen en el mundo que cuantificar cada sistema informático conectado a una red o alojado en una plataforma digital.
El consumo físico de estos elementos siempre será diferente, incluso al medir el mismo software en distintas máquinas, debido a las diferentes arquitecturas subyacentes.
Aun así, es posible recrear condiciones similares o favorables para medir de forma aproximada la eficiencia y el rendimiento de determinadas soluciones en máquinas propias y/o servicios en la nube. El objetivo de uno de los experimentos más recientes de Asternox es instrumentar dichas mediciones y establecer un stack de desarrollo web sostenible con las métricas más relevantes.
Como ejemplo, consideremos el sitio web de Airizon, desarrollado y diseñado por Asternox utilizando nuestro stack de desarrollo: actualmente consume 458 megabytes de RAM y 0,01 vCPU, tanto en utilización máxima como en estado inactivo.
La “utilización máxima” se refiere a la condición operativa en la que se alcanza la mayor carga de trabajo, mientras que el estado “inactivo” describe una situación en la que el sitio está activo pero no gestiona solicitudes ni tráfico significativo.
Los servicios que más consumen son el cliente, con 250 MB de RAM, y el servidor, con 131 MB de RAM. Además, las redes de distribución de contenido (CDN) y la pasarela de correo electrónico consumen en conjunto 77 MB de RAM.
Como referencia, utilizamos WordPress, el sistema de gestión de contenidos más popular. Un sitio similar creado con WordPress, sin plugins adicionales y con un tema básico, presenta un consumo promedio de 613 MB de RAM y 0,3 vCPU en carga máxima. Con plugins activos y un tema más complejo, el consumo alcanza los 1,32 GB de RAM y 0,3 vCPU en pico.
Es evidente que un sitio web más complejo requiere más recursos, lo que se traduce en mayores emisiones. Por ello, incluso un sitio aparentemente “simple” no debería tener un impacto tan elevado en términos de consumo de recursos.
Nuestra infraestructura tecnológica está diseñada utilizando una arquitectura de microservicios, donde cada componente tiene una función específica y bien definida. A diferencia de WordPress, que centraliza gran parte de su funcionalidad en un único entorno de ejecución y la amplía mediante plugins, nuestra arquitectura divide las funciones en microservicios independientes. Este enfoque reduce significativamente el consumo total de recursos.
Cada microservicio está diseñado para cumplir una tarea concreta, lo que hace que toda la aplicación sea más modular y fácil de gestionar. Los componentes pueden actualizarse, mantenerse y escalarse de forma independiente. Esta división funcional reduce el consumo global en comparación con una arquitectura monolítica como WordPress.
No obstante, esta arquitectura presenta ventajas y desventajas. Por un lado, la integración de microservicios puede ser compleja y requiere una personalización cuidadosa. Por otro, la modularidad ofrece numerosos beneficios: elección del lenguaje más adecuado para cada servicio, mejor gestión de dominios funcionales, mayor seguridad y optimización del consumo de recursos.
Beneficios ambientales de los lenguajes compilados como Rust frente a los lenguajes con recolector de basura
En el contexto de la sostenibilidad ambiental, la eficiencia de los lenguajes de programación desempeña un papel clave. Los lenguajes compilados como Rust ofrecen ventajas significativas frente a los lenguajes con recolector de basura como JavaScript y Python, especialmente en términos de consumo energético y utilización de recursos.
Eficiencia y rendimiento
Los lenguajes compilados convierten el código directamente en lenguaje máquina antes de la ejecución, lo que da lugar a binarios altamente optimizados capaces de ejecutar tareas más rápido y con menor sobrecarga computacional. Rust está diseñado con el rendimiento como prioridad, ofreciendo control de bajo nivel sobre los recursos del sistema sin sacrificar la seguridad.
Por el contrario, los lenguajes con recolector de basura interpretan o compilan el código en tiempo de ejecución, generando una sobrecarga adicional. Los recolectores de basura analizan periódicamente la memoria para liberar objetos no utilizados, consumiendo ciclos de CPU y energía.
Gestión de memoria
El sistema de gestión de memoria de Rust se basa en los conceptos de propiedad, préstamo y tiempos de vida, lo que garantiza la gestión de la memoria en tiempo de compilación y elimina la necesidad de un recolector de basura. Esto permite patrones de uso de memoria más predecibles y una menor huella energética.
En los lenguajes con recolector de basura, el entorno de ejecución supervisa continuamente la asignación y liberación de memoria, lo que puede provocar fragmentación y pausas periódicas, incrementando el consumo energético.
Menor consumo energético
Diversos estudios han demostrado que los lenguajes compilados suelen ser más eficientes energéticamente que los lenguajes interpretados o con recolector de basura. Un estudio publicado en el Journal of Green Software Engineering señala que lenguajes compilados como Rust y C consumen significativamente menos energía para tareas equivalentes que Python o JavaScript.
Esto se debe a dos factores principales: una ejecución más rápida y una menor sobrecarga en tiempo de ejecución, lo que permite que la CPU entre con mayor frecuencia en estados de bajo consumo.
Utilización de recursos
La gestión eficiente de recursos de Rust contribuye a un mejor aprovechamiento del hardware. Se necesitan menos servidores para manejar la misma carga de trabajo, lo que reduce la producción de hardware, los residuos electrónicos y el consumo energético global.
Por el contrario, los lenguajes con recolector de basura suelen requerir hardware más potente para alcanzar el mismo rendimiento, aumentando así la huella ambiental.
Los lenguajes compilados como Rust ofrecen, por tanto, beneficios ambientales significativos. Su eficiencia, rendimiento, gestión predecible de la memoria y menor consumo energético los convierten en opciones más sostenibles para el desarrollo de software.
Conclusión
Los avances tecnológicos han sido el motor del progreso de la sociedad moderna. Si bien aportan numerosos beneficios, también plantean desafíos ambientales significativos. El consumo energético de la inteligencia artificial, el big data, el Internet de las Cosas, las cadenas de bloques y muchas otras tecnologías crece de forma exponencial, contribuyendo de manera considerable a las emisiones de carbono, especialmente cuando la energía procede de fuentes no renovables.
Sin embargo, el futuro de las tecnologías de la información sostenibles es prometedor. Adoptando un enfoque integral que combine eficiencia energética, diseño sostenible de productos, desarrollo de software ecológico, marcos regulatorios y concienciación pública, es posible garantizar que el crecimiento tecnológico contribuya a un futuro sostenible.
La inversión más importante que pueden realizar las empresas a corto y medio plazo es promover la viabilidad a largo plazo de su software y de su arquitectura de TI. El desarrollo sostenible va más allá de la eficiencia: también implica responsabilidad social y ética.
Marcar la diferencia ahora es más importante que nunca. Todos los profesionales deben desempeñar su papel en la construcción de un futuro sostenible.