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Die Rettung der Menschheit vor der Klimakatastrophe: Dringendste Aufgabe der Europäischen Union

Reiner Hartenstein, TU Kaiserslautern / KIT Karlsruhe, R4, Oktober 2019







Vorwort (Zusammenfassung)


Der Weltklimarat schlägt Alarm! (IPCC) Der Report besagt, daß die Temperatur über den weltweiten Landflächen seit der vorindustriellen Zeit um 1,53 Grad gestiegen ist. Weiter besagt der Report, daß die Zahl, Dauer und Intensität von Hitzewellen und Dürren stark zunehmen wird. Abschmelzen von Gletschern und Permafrost lassen den Meeresspiegel um weitere drei Meter oder mehr ansteigen. Zerstörung der Wälder heizt den Klimawandel noch weiter an [DER SPIEGEL]. Der IPCC warnt, dass sich das Zeitfenster für entschlossene Maßnahmen viel schneller schließt und die Kosten der Untätigkeit katastrophal sein werden. Das Ziel des Pariser Klimagipfels, die globale Erwärmung bei 1.5 Grad zu stoppen wird krachend verfehlt, wenn wir so weitermachen. Zurzeit laufen wir global eher auf fünf bis sechs Grad Erwärmung zu, das heißt an Land auf neun bis zehn Grad. Franz Alt nennt das "Der dritte Weltkrieg gegen die Natur" Es ist also allerhöchste Zeit zu handen, weil wir sonst, früher wir denken, an einen Punkt angelangt sein werden, an dem es kein zurück mehr gibt.

Ein bei Weitem schlimmster Verursacher der Klimakatastrophe ist der Stromverbrauch des Internet und anderer Computer weltweit. Aber in späteren Generationen erwartet die Menschheit eine Katastrophe die hundertmal schlimmer ist als ein Klimawandel. Es ist ein enormes Verbrechen an unseren Nachkommen, wenn wir unnötig Öl und Kohle verbrennen und nicht sparsam mit diesen Rohstoffen umgehen. Wolfgang Burgleitner: "Die Klimalüge" Taschenbuch; 17. Januar 2019

Wir haben also zweierlei extrem wichtige Motivationen zur massiven Reduktion des Stromverbrauchs. Die Technologie zur Reduktion des Stromverbrauchs der Computer um viele Größenordnungen gibt es schon seit mehreren Jahrzehnten: FPGAs. Deren extrem hochgradige Wirksamkeit wurde schon vor Jahrzehnten durch viele Umprogrammierungs-Projekte bewiesen. Speed-up-Faktoren bis zu mehr als 3 Größenordnungen und gleichzeitig Energieverbrauchs-Erparnisse bis zu ebenfalls mehr als 3 Größenordnungen wurden schon damals erreicht. Wegen der Gleichzeitigkeit beider Effekte kann nach entsprechendem Umbau der Stromverbrauch um bis zu 7 Größenordnungen reduziert werden. Aber eine viel raschere Organisationsform zur Anwendung auf das weltweit sehr stark vernetzte Internet muß unbedingt schnellstens entwickelt werden und darf nicht mehrere Jahrzehnte dauern! Dies kann nur durch die EU organisiert werden. (Von Donald Trump und China ist eine Motivation wohl kaum zu erwarten.) Bisherige EU-Aktionen sind unbrauchbar (siehe Kapitel 15). Welche Aktionen durch die EU wären wirklich erfolgreich?




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Inhalt:

  • Vorwort (Zusammenfassung)
  • 1. Die Kinder sind längst noch nicht wütend genug
  • 2. Gewaltigste Stromfresser: Internet und andere Computer
  • 3. Xputer müssen die Dominanz des Computer beenden
  • 4. Stromersparnis um mehrere Größenordnungen durch Xputer
  • 5. Die Technologie zur Rettung vor der Klimakatastrophe
  • 6. Eine schnellere Umprogrammierungs-Organisation ist nötig
  • 7. FPGAs: seit 1984 im Markt: von den Medien verschwiegen!
  • 8. Viele Millionen riesiger Datenstationen (klicke hier !)
  • 9. Waldbrände, Ernteausfälle, Wasserknappheit u. v. a. m.
  • 10. Erschreckende Prognosen über steigenden Stromverbrauch
  • 11. Wasserversorger schlagen Alarm
  • 12. 2050 das Ende der menschlichen Zivilisation ?
  • 13. "Klimaneutrale EU bis 2050" So spät? Absoluter Schwachsinn !!!
  • 14. Europa als Antreiber für den weltweiten Klimaschutz !!!
  • 15. EU empfiehlt unbrauchbare Methoden zur Klimaforschung
  • 16. Hohen Stromverbrauch können wir uns nicht leisten
  • 17. Grüne Technologen haben keine Ahnung, daß es FPGAs gibt


  • 1. Die Kinder sind längst noch nicht wütend genug

    Schutz-Maßnahmen in einem einzigen Land sind völlig unzureichend um unseren Planeten zu retten. Klimaschutz-Konzepte müssen unbedingt weltweit realisiert werden!    Franz Alt fasst zusammen, dass die Klimaerhitzung entscheidendes Wahlthema wurde. Laut Nathaniel Rich wurde die Chance, den Planeten zu retten bereits vor dreißig Jahren verspielt. Bereits Ende der siebziger Jahre erkannten Wissenschaftler, dass sich die Erderwärmung desaströs beschleunigt. Ein Scheitern wird in naher Zukunft das Schicksal des Planeten besiegeln, wenn wir unseren Stromverbrauch nicht schnellstens drastisch reduzieren. Aber Politiker sind schlecht informiert. Die CO2-Steuer ist ein absoluter Blödsinn. Dies macht Elektriziät teurer ohne den Stromverbrauch zu senken. Bei Flugreisen wird der weltweite Flugverkehr nicht nennenswert gesenkt.

    In der öffentlichen Diskussion über Klimawandel geht's drunter und drüber. „Die deutsche Klimapolitik scheitert“ schreibt DER SPIEGEL-Leitartikel vom 30. 3. 2019. Am 31. 3. 2019 schreibt DER SPIEGEL on-line: „Die Kinder sind längst noch nicht wütend genug“. Unglaublich: Diesel-Fahrverbote: Die Opfer werden statt der Täter bestraft! Bei weitem größter Verursacher von Treibhausgas-Emission ist der Stromverbrauch des Internet und anderer Big-Data-Stationen: (17. Mai 2019: Süddeutsche Zeitung das Internet als Klimakiller) Deren Stromverbrauch ist überaus monströs. (Und Notstromaggregate sind hierbei meistens Dieselmotoren von der Größe einer Dampflokomotive.)


         
    Bild 1 (ENVIAM-Gruppe): Wie viel Energie braucht eigentlich das Internet? Ein Vergleich


    2. Gewaltigste Stromfresser: Internet und andere Computer

    Das Internet ist eine weltweit integrierte Computer-basierte Struktur! Die Emissionen aus der nötigen Stromerzeugung sind ungeheuer viel höher als die des gesamten weltweiten Flugverkehrs zusammen mit der gesamten weltweiten Schifffahrt. Der Energiehunger des Internet hat sich seit dem Jahr 2000 alle fünf Jahre fast verdoppelt. Wäre das Internet ein Land, wäre es gemessen am Stromverbrauch das fünftgrößte Land der Welt. Gemäß Prognose von Ulrich Clauß soll das Web um 2030 so viel Strom verbrauchen, wie im Jahr 2011 die gesamte Weltbevölkerung: Stromfresser Internet - Wird dessen Stromverbrauch einmal unbezahlbar? Aber WELTWEIT Hyper-Scale Data Centers“, die meist größer sind als ein Fußballstadion (z. B. Bild 4)" trotzdem kommt das Internet in den Planungen unserer Klimaschützer überhaupt nicht vor! Unglaublich! Das immer noch rasch wachsende Internet ist 30 Jahre alt und wird von mehr als 4 Milliarden Menschen benutzt. Der ebenfalls massive Stromverbrauch benutzter Geräte kommt noch dazu! Wieviel Strom private Computer verbrauchen, läßt sich nicht messen. Hinzu kommt der Stromverbrauch einer Vielzahl von Computer-Strukturen, die keine Internet-Datenstationen sind: Rechenzentren, Server in Firmen, Organisationen, Maschinen, Fahrzeugen, Schiffen, und Flugzeugen eingebaute Prozessoren. Die EU ist „für ein Klima-neutrales Europa“? Warum die Beschränkung auf weniger als ein Fünftel der Weltbevölkerung? So lösen wir das Klimaproblem überhaupt nicht! Aber das Internet ist eine weltweit sehr starke Struktur (Bild 2, 3 u. 4).

     Bild 2 (Wikip.): Nur das Unterwasser-Signalkabel-Netzwerk zwischen Datenstationen des Internet

    3. Xputer müssen die Dominanz des Computer beenden

    Die heute dominanten Computer beruhen auf dem fast 80 Jahre alten extrem ineffizienten „von-Neumann-Paradigma“. Die von-Neumann-Prinzipien wurden immer wieder heftig kritisiert. Trotzdem ist weltweit der fast 80 Jahre alte extrem Energie-ineffiziente "von-Neumann-Prozessor" (genannt: "Computer") immer noch extrem dominant! Eine unglaubliche Fehlentwicklung der Informatik weltweit. Dringend notwendig ist ein "Seismic Shift". Ursachen des wahnsinnig hohen Stromverbrauchs des von-Neumann-Computers erklärt das „von-Neumann-Syndrom“. Dieser Begriff wurde geprägt von Professor C. V. Ramamoorthy (University of California at Berkeley), als er die Diskussion eröffnete nach meiner Eröffnungs-Keynote-Adresse auf dem Workshop on High-Performance Reconfigurable Computing Technology & Applications (HPRCTA) 2007 in Reno, Nevada, USA. Siehe auch: hier. Is von Neumann still tolerable?

     Bild 3: Unmengen von Internet-Datenstationen. Hier nur ein Teil der Datenstationen im August 2018

    4. Mehrere Größenordnungen Stromersparnis durch Xputer

    Die Konkurrenz des vN-Mikroprozessors, der Xputer (Anti-Machine), hat eine um Größenordnungen schnellere Arbeitsgeschwindigkeit (speed-up genannt) und zugleich einen um Größenordnungen niedrigeren Stromverbrauch. Dies wurde bewiesen durch eine Vielzahl von Umwandlungs-Projekten, wobei existierende Programme auf Xputer-Basis neu implementiert wurden. Der Xputer basiert auf der FPGA-Technologie die bereits 1984 auf den Markt kam. Klicke hier für eine Liste "Recent FPGA papers, Tutorials and Directories". Das höchste mir bekannte „speed-up hat den Faktor 28.514 bei gleichzeitiger starker Stromverbrauch-Senkung: hier dividiert durch 3.439. Beide Effekte treten miteinander auf. Für dieses Beispiel ergäbe sich dabei ein Stromverbrauch dividiert durch 98 Millionen. So bringen auch geringere speed-up- und Verbrauch-Senkungs-Werte massive Verbesserungen. Weitere massive Stromersparnisse ergäben sich bei Datenzentren allein schon dadurch, dass dann keine Klimaanlagen mehr nötig wären.

                                          Bild 4: NSA Datenzentrum Bluffdale, USA (source).  Mehr große Datenzentren: click here or here or here or here or here.

    5. Die Technologie zur Rettung vor der Klimakatastrophe

    Der Xputer benötigt als Bauelemente sogenannte „FPGAs“ („Field-Programmable Gate Arrays“), die 1984 auf den Markt kamen und seitdem ständig verbessert wurden. Für FPGAs gibt es mehrere Anbieter am Markt. Zur Re-Implementierung eines programmierten Computer-basierten Systems als Xputer-basierte Struktur sind Programmierer meist unqualifiziert, da Software-Engineering-Kurrikula nur prozedurale Denkweise lehren. Warum unqualifiziert: Literatur. Die Xputer-Programmierung muss jedoch „twin paradigm“ erfolgen, wobei prozedurale und strukturelle Konzepte extrem intensiv miteinander verzahnt sind. Ein „International Workshop on FPGAs for Software Programmers (FSP)" dient der entsprechenden Aktualisierung der Programmierer-Methodik. Der 2019 Call for Papers schreibt: „With recent progress in high-level synthesis, a first important step towards bringing FPGA technology to potentially millions of software developers was taken."

                                                     
                                                      Bild 5: FPGA und Mikroprozessor auf dem gleichen intel Chip

    6. 'ne schnellere Umprogrammierungs-Organisation ist nötig

    Bisher war die Zahl erfolgreicher Umprogrammierungen um Größenordnungen zu langsam. Die EU muß dringend eine sehr viel effizientere Umprogrammierungs-Organisation für das Internet und dessen Datenstationen entwickeln, damit hierzu höchstens ca. 2 Jahre nötig sind. Hierzu muß schnellstens auch eine genügend große Zahl von Twin-Paradigm-Programmierern ausgebildet werden.


    7. FPGAs: seit 1984 im Markt: v. den Medien verschwiegen!

    Die Süddeutsche Zeitung schreibt: „Die gute Nachricht ist, dass die Technologien zur Verfügung stehen, die wir brauchen." FPGAs kamen 1984 auf den Markt. Googeln ergibt "About 40.900.000 results" (Febr. 2019). FPGA: Was ist das? Etwa 80 interationale Konferenzreihen sind konzentriert auf FPGAs, etwa 60 Konferenzreihen bringen oft etwas über FPGAs, während mehrere Tausend Konferenzreihen gelegentlich FPGAs behandeln. Siehe die Liste !! Schon lange gibt es Mikroprozessoren mit FPGA auf dem gleichen Mikrochip! Aber in den Massenmedien kommen FPGAs überhaupt nicht vor! Deshalb haben Politiker keinerlei Ahnung, warum diese so wichtig sind. Wir brauchen dringend ein Tutorium für Journalisten. Bild 6 zeigt eine Teraco Daten-Station in Kapstadt. Man sieht: -zig Tausende von Einschüben müssen ersetzt werden durch einen neuen Typ mit FPGA-Anwendung. Deren Größe, sowie die benötigte Anzahl wird dabei um mehrere Größenordnungen geringer! Die FPGA-Effizienz wird um weitere Größenordnungen übertroffen durch sogenannte DPLAs (s. PISA-Projekt). Die EU muß hier eine viel effizientere Umprogrammierungs-Organisation entwickeln. Vielleicht bietet die ►►E2DC-Konferenzreihe nützliche Anregungen?


    8. Viele Millionen riesiger Datenstationen

    Weltweit gibt es ca. 10 Millionen Datenstationen. Zu Internet-Datenstationen kommen weitere Big-Data Server hinzu, von Organisationen und Firmen, wie z. B. Amazon. Weit mehr als 1000 Datenstationen sind sogenannte Hyper-Scale Data Centers, die so gross sind wie mehrere Fußballfelder und mindestens den Stromverbrauch einer Kleinstadt haben. (s. Bild 4 u. 6). Der Stromverbrauch dieser das Internet betreibenden Anlagen verursacht die weltweit allergrößte Emission von Treibhausgasen Dieser ist auch durch Cloud-Lösungen und Streaming-Dienste bei Weitem größter Verursacher der Klimakatastrophe. So unglaublich schädlich ist der Der Auspuff des Internet !

    9. Waldbrände, Ernteausfälle, Wasserknappheit u. v. a. m.


    2018 hatte Europa (nicht nur) weit unterdurchschnittliche Regen-mengen, weit überdurchschnittliche Temperaturen, und über-durchschnittlich viele Sonnenstunden. Der Juli 2019 war heiß wie noch nie. Weitere Hitzerekorde sind in der Zukunft zu erwarten. Die außergewöhnliche Dürre (Bild 7 u 8) reichte weit in den Spät-herbst und dann sogar in die Adventswochen hinein. Dabei kam es nicht nur zu zahlreichen Waldbränden, Ernteausfällen und vielen weiteren Hitzeschäden verschiedener Art. Wegen niedriger Wasserstände wurde die Binnenschifffahrt massiv behindert und der Benzin-Preis erhöht. Grundwasservorräte nehmen rasch ab!! Eine dramatische Wasser-Knappheit droht! Erschreckende Bilder: „ausgetrocknetes Flussbett“, „Entwicklung der Dürre des Oberbodens„ u. weitere schlimme Bilder: Wikipedia! Noch etwas ganz anderes: Wäre das ein Wichtiger Schritt zur Rettung des Klimas: Das Bevölkerungswachstum drosseln? Klicke hier!


    Twin Paradigm
    Bild 6: Teraco Daten-Station in Kapstadt




    10. Erschreckende Prognosen: steigender Stromverbrauch

    Prognosen über weiteres Wachstum des Stromverbrauchs dieser Infrastrukturen sind erschreckend! Dies kommt in den Planungen unseres Klima-Kabinetts und der EU überhaupt nicht vor! Deshalb muss dringend gefordert werden, dass die EU schnellstens eine massive Forschungsförderung anbietet für eine um mehrere Größenordnungen schnellere weltweite Server-Umprogrammierung auf die FPGA-basierte „twin paradigm“-Methode. Unser Klima-Kabinett muss dies rasch dringend fordern. Dies sollte möglichst bald auf einem EU-Gipfel durchgesetzt werden: Ein detaillierter Vorschlag über ein dringendes EU-Forschungsprojekt: klicke hier!. Übrigens gibt es ein Buch und eine internationale Konferenzreihe "Energy-Efficient Data Centers (E2DC)"  Die individuellen Internet Seiten: siehe hier:   2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019 

                                     Bild 7: Extreme Dürre und Hitze in Europa 2018 (und später?) (Wikipedia)

    11. Wasserversorger schlagen Alarm

    In 2018 hatten wir auch in Europa weit unterdurchschnittliche Regenmengen, weit überdurchschnittliche Temperaturen, und überdurchschnittlich viele Sonnenstunden. Die außergewöhnliche Dürre (Bild 7 u. 8) reichte bis weit in den Spätherbst hinein und dann sogar bis in die Adventswochen. Dabei kam es zu zahlreichen Waldbränden, Ernteausfällen und vielen weiteren Hitzeschäden. Wegen niedriger Wasserstände wurde die Binnenschifffahrt massiv behindert und wegen der dadurch erhöhten Transportkosten der Benzin-Preis erhöht. Abnehmende Grundwasservorräte! Wird bald um Wasser gestritten? S. auch Wasser-Knappheit! Weniger Wasser - mehr Waldbrände! Sorge ums Trinkwasser: Wasserversorger schlagen Alarm. Auch sitzt das Almvieh jetzt auf dem Trockenen: Die Schweizer Armee fliegt deshalb Wasser auf die Almen. Welt ohne Wasser: Geschichte und Zukunft eines knappen Gutes Wasser ist Grundvoraussetzung für Leben. Erschreckende Bilder: „ausgetrocknetes Flussbett“, „Dürre des Oberbodens„ u. weitere schlimme Bilder: siehe Wikipedia!


    12. 2050 das Ende der menschlichen Zivilisation ?

    In Irland und Schottland wurden die höchsten Temperaturen seit Beginn der Wetteraufzeichnungen gemessen (Wiki). Skandinavien berichtet Rekordhitze u. massive Waldbrände. Lettland und Litauen rufen den nationalen Notstand wegen Dürre aus. 2018 wurde der Begriff „Heißzeit“ Wort des Jahres 2018. Wie wird dies 2019 und danach aussehen? Wird die Dürre und deren katastrophale Folgen noch schlimmer werden? Laut DWD war der Juni 2019 der wärmste und sonnigste seit Beginn flächendeckender Aufzeichnungen vor fast 140 Jahren. Haben wir überhaupt noch eine Chance, das Unheil abzuwenden? Wird 2050 das Ende der menschlichen Zivilisation sein? Die unbewohnbare Erde. Denn wirklicher weltweiter Klimaschutz ist aktuell Fehlanzeige. Der Meeresspiegel würde so stark ansteigen, dass Städte wie Los Angeles, Miami, New York, Shanghai, Singapore, Venedig etc. unwiderruflich unter dem Meeresspeigel verschwinden?


    13. "Klimaneutrale EU bis 2050" So spät? So'n Schwachsinn!
     

    Städte wie Hamburg oder Amsterdam sind dann unbewohn-bar. Ein Horrorszenario! Mehr als eine Milliarde Menschen muss bis 2050 umgesiedelt sein, damit sie überleben kön-nen. Bewaffnete Konflikte und Kriege zwischen den Nationen wegen massiven Problemen mit Migration, Wasserknappheit, Lebensmittelknappheit nehmen dann massiv zu. Europa wird in Klimaflüchtlingen ersaufen!
    
read this book!
    Es ist erschreckend, dass die Planungen aller unserer Klima-politiker mit dem Zeitaufwand extrem großzügig umgehen. Das Jahr 2019 muss für Deutschland zum Klimajahr werden. Angesichts weltweit eskalierender Klimakrise ist es höchste Zeit, dass die Bundesregierung ernsthaft und entschieden wirkungsvolle Maßnahmen gegen die Erderhitzung umsetzt. Aber der Vorschlag der Europäischen Kommission, eine klimaneutrale EU bis 2050 zu erreichen, würde wirksam erst innerhalb von 30 Jahren und nur innerhalb der EU!



    Twin Paradigm
    Bild 8: Eiche mit bräunlichem Laub (Wiki)




    14. Europa als Antreiber für den weltweiten Klimaschutz !!!

    Am 16. 5. 2019 schreibt die BNN (Badische Neueste Nachrichten) "Zur Europawahl 2019: Was wollen die Parteien?": Wie wird Europa seiner Verantwortung im Kampf gegen den Klimawandel gerecht? Unter CDU/CSU heißt es dort: Die Union sieht Europa als "Antreiber für den weltweiten Klimaschutz". Wirklich? "Mit mehr Investitionen in nachhaltige Technologien und Innovationen können wir weiterhin Wirtschaftswachstum mit Klima- und Umweltschutz vereinen." Aber leider konzentriert man sich dort nicht darauf durch das, was in diesem meinem Buch dann noch weiter gefordert wird.


    15. EU empfiehlt unbrauchbare Methoden z. Klimaforschung

    Ziviler Ungehorsam gegen eine verantwortungslose Klimapolitik ist angemessen und notwendig. Schließlich geht es um nichts weniger als um die Zukunft der jungen Generation. Die EU diskutiert jetzt neue Klimapolitik durch das 2019 Enhanced European Innovation Council (EIC) Workprogramme gefördert durch extra 45.4 Millionen € für das EIC Pathfinder Future and Emerging Techologies (FET) proactive topics Programm, Die EU propargiert hier Klimaforschung per Future and Emerging Techologies (FET). So ein Quatsch!!! "FETs" existieren noch garnicht! Wieviele Jahre dauert "emerging" und was kommt dabei heraus? So kann man das Klima noch lange nicht retten !!! Wird die Suche überhaupt erfolgreich sein ? Wir brauchen sofort einsetzbare EET (Existierende Erprobte Technologien) !! Englisch: Existing Experienced Technologies. Das sind FPGAs, die seit Jahrzehnten in vielen Anwendungsgebieten erfolgreich angewandt wurden. Unglaublich, daß eine mit 45 Millionen € geförderte Gruppe nie etwas über die Existenz von FPGAs gehört hat.


    16. Hohen Stromverbrauch können wir uns nicht leisten

    In einigen Generationen erwartet die Menschheit eine Katastrophe die hundertmal schlimmer ist als ein Klimawandel. Es ist ein enormes Verbrechen an unseren Nachkommen, wenn wir unnötig Erdgas, Öl und Kohle verbrennen und nicht sparsam mit diesen Rohstoffen umgehen. Deshalb muß der dramatisch hohe Stromverbrauch des Internet und anderer Computer möglichst rasch um mehrere Größenordnungen reduziert werden, nämlich durch FPGA-Anwendung.


    17. Grüne Technologen haben k. Ahnung, daß es FPGAs gibt

    Unter "grünen Technologien" versteht man leider nicht die FPGA-Anwendung zur drastischen Reduktion des Stromver-brauchs der Welt. Politiker haben keine Ahnung, daß bei Weitem allerwichtigstes Klimaproblem der Stromver-brauch des Internet ist, der durch FPGA-Anwendung um mehrere Größenordnungen reduziert werden kann.


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