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International Energy Agency - Energy Efficiency 2019

As Energy Efficiency 2019 highlights, the rate at which technologies and processes are becoming more energy efficient is slowing, while structural factors are curbing the power of these technological gains to improve energy intensity. If these trends continue, energy efficiency will need to increase much more quickly to achieve a level of energy intensity improvement consistent with meeting global climate change and sustainability goals.

Energy

Energy Efficiency 2019 Why are energy intensity improvements slowing? Growth in digital activity is outpacing population and economic growth. Between 2015 and 2018, the number of digital devices globally increased from 15.5 billion to 20 billion (Figure 2.13). This growth, of around 8% per year was much higher than population growth (1.1%) or economic growth (3.5%). Global digital devices and connections, by type of device, 2015-24 billions of devices 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 M2M Smartphones Non-smartphones TVs PCs Tablets Other IEA (2019). All rights reserved. Note: M2M = machine-to-machine connections, which includes smart meters and devices used for video surveillance, healthcare monitoring, transportation, and package or asset tracking. TVs includes flat-panel TVs, set-top boxes, digital media adapters, Blu-ray disc players, and gaming consoles. Non-smartphones refers to phones that do not have “smart” capabilities. 2015 and 2016 are from Cisco (2016); 2017-22 are from Barnett, T. et al. (2019); 2023 and 2024 are extrapolated. Sources: Based on Barnett et al.(2019), Cisco Visual Networking Index: Forecast and Trends, 2017–2022 and Cisco (2016), The Zettabyte Era: Trends and Analysis, July 2016. In 2017, each person in the world owned 2.4 digital devices on average, 9% more than in 2015. This is set to increase to 3.6 devices per person in 2022 (Barnett, 2019). Device ownership is spread unevenly geographically. Device ownership per person is 8 in North America and 5.4in Western Europe, but only 1.1 in the Middle East and Africa (Table 2.1). Table 2.1. Average per capita ownership of digital devices, by region (2017 and 2022) 2017 2022 Asia Pacific 2.1 3.1 Central and Eastern Europe 2.5 3.9 Latin America 2.1 2.9 Middle East and Africa 1.1 1.4 North America 8.0 13.4 Western Europe 5.4 9.4 Global 2.4 3.6 Source: Barnett et al. (2019), Cisco Visual Networking Index: Forecast and Trends, 2017–2022. The growing number of devices and increasingly data-intensive activities (e.g. 4K and 8K video, virtual reality, and cloud-based artificial intelligence) are driving exponential growth in data traffic. Global internet traffic has tripled from 2015 to 2019, and is expected to further double PAGE | 37 IEA. All rights reserved.

Energy Efficiency 2019 Why are energy intensity improvements slowing? between now and 2022 to 4.2 zettabytes per year (4.2 trillion gigabytes) (Sumits, 2015; Cisco, 2018; Barnett, 2019). Data centre workloads – a measure of service demand – have more than doubled since 2015. Strong efficiency gains have helped to keep energy use for digital services in check Despite the strong growth in demand for digital services, major improvements in the efficiency of computing (Koomey et al 2011; Koomey & Naffziger, 2015; and Koomey & Naffziger, 2016) coupled with the short lifespans of devices and equipment, which hastens turnover, have improved the efficiency of the overall stock of devices, data centres and networks. Devices are becoming smaller and much more efficient, as evident, for example, in shifts from cathode ray tube (CRT) to liquid crystal display (LCD) television screens, and from personal computers to laptops, tablets and smartphones (Malmodin and Lundén, 2018; Stobb, et al., 2015; Urban et al., 2014). Global energy use by devices, data centres and data transmission networks was roughly constant at around 800 terawatt hours (TWh) per year between 2010 and 2015 , with user devices responsible for around 340 TWh in 2015 (Malmodin and Lundén, 2018). The latest IEA analysis (using a different methodology and scope) estimates that data centres and data transmission networks together consumed around 460 TWh in 2018, or around 2% of global electricity demand (2019g). Box 2.1. Voluntary agreements delivering energy efficiency improvements in US broadband devices In the United States, nearly all internet modems, routers and other equipment sold in 2018 for use by residential broadband subscribers met voluntary standards set in 2015 as part of a voluntary agreement signed by internet service providers covering more than 87 million homes (around 90% of the market). The agreement, signed by internet services providers and product vendors, specifies that signatories target reductions in small network equipment energy use, with detailed explanations for how savings can be made in a range of devices. To ensure the standards outlined in the voluntary agreement do not act as a “ceiling” on innovation, the agreement also outlines how service providers and vendors can add innovative new features for energy efficiency confidentially for a limited period of time, to avoid compromising their competitiveness. The average idle mode energy usage of these products, relative to average broadband speed, has decreased by 66% since the agreement was ratified. Source: Consumer Technology Association (2019), Internet Service Providers and Device Manufacturers Exceed Energy Efficiency Commitments, www.cta.tech/News/Press-Releases/2019/August/Internet-Service-Providers-and-Device-Manufacturer.aspx. Strong growth in demand for data centre services has been offset by continued improvements in the efficiency of servers, storage devices, network switches and data centre infrastructure. The shift away from small, inefficient data centres to much larger cloud and hyperscale data centres is a major and growing source of energy efficiency gains (IEA, 2017). PAGE | 38 IEA. All rights reserved.

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