Internetul obiectelor ar putea îmbunătăți calitatea vieții, dar va consuma și cantități mari de electricitate și va crește emisiile de gaze cu efect de seră. (Shutterstock)
Ta smartphone-ul este mult mai puternic decât computerele NASA care i-a pus pe Neil Armstrong și Buzz Aldrin pe Lună în 1969, dar este și un porc energetic. În calcul, consumul de energie este adesea considerat o problemă secundară vitezei și stocării, dar odată cu viteza și direcția progresului tehnologic, devine o preocupare de mediu în creștere.
Când compania minieră de criptomonede Hut 8 a deschis cel mai mare proiect de extragere de bitcoin din Canada în afara Medicine Hat, Alta, ecologiștii au dat alarma. Centrala consumă de 10 ori mai multă energie electrică, produs în mare măsură de o centrală electrică pe bază de gaz natural, decât orice altă instalație din oraș.
La nivel global, emisiile de gaze cu efect de seră (GES) din sectoarele informației, comunicațiilor și tehnologiei (TIC) sunt se estimează că va atinge echivalentul a 1.4 gigatone (miliarde de tone metrice) de dioxid de carbon anual până în 2020. Aceasta reprezintă 2.7% din GES-urile globale aproximativ dublează producția anuală totală de gaze cu efect de seră a Canadei.
Prin proiectarea unor procesoare de calculator eficiente din punct de vedere energetic am putea reduce consumul de energie și am putea reduce emisiile de GES în locurile în care electricitatea provine din combustibili fosili. În calitate de inginer informatic specializat în arhitectură și aritmetică a computerelor, eu și colegii mei suntem siguri că aceste efecte pozitive pot fi obținute fără aproape niciun impact asupra performanței computerului sau a confortului utilizatorului.
Conexiuni puternice
Internetul obiectelor (IoT) - alcătuit din dispozitivele de calcul conectate încorporate în obiecte cotidiene - oferă deja efecte economice și sociale pozitive, transformând societățile, mediul și lanțurile noastre de aprovizionare cu alimente în bine.
Aceste dispozitive monitorizează și reduc poluarea aerului, îmbunătățesc conservarea apei și hrănesc o lume înfometată. De asemenea, ne fac casele și afacerile mai eficiente, controlând termostatele, iluminatul, încălzitoarele de apă, frigiderele și mașinile de spălat.
Dispozitivele conectate la internet se adaugă nevoilor de procesare a datelor și consumului de energie. (Shutterstock)
Cu numărul de dispozitive conectate setat la început 11 miliarde - fără a include computerele și telefoanele - în 2018, IoT va crea date mari care necesită calcule uriașe.
Eficientizarea energetică a calculelor ar economisi bani și ar reduce consumul de energie. De asemenea, ar permite bateriilor care furnizează energie în sistemele de calcul să fie mai mici sau să funcționeze mai mult. În plus, calculele ar putea rula mai repede, astfel încât sistemele de calcul ar genera mai puțină căldură.
Calcul aproximativ
Sistemele de calcul de astăzi sunt concepute pentru a oferi soluții exacte la un cost energetic ridicat. Dar mulți algoritmi rezistenți la erori, cum ar fi procesarea imaginii, sunetului și a videoclipurilor, extragerea datelor, analiza datelor senzorilor și învățarea profundă nu necesită răspunsuri exacte.
Această precizie inutilă și cheltuieli energetice excesive sunt risipitoare. Există limitări ale percepției umane - nu avem întotdeauna nevoie de o precizie de 100% pentru a fi mulțumiți de rezultat. De exemplu, modificările minore în calitatea imaginilor și videoclipurilor trec deseori neobservate.
Aplicațiile de procesare video nu necesită o precizie de 100%. (Shutterstock)
Sistemele de calcul pot profita de aceste limitări pentru a reduce consumul de energie fără a avea un impact negativ asupra experienței utilizatorului. „Calculul aproximativ” este o tehnică de calcul care uneori returnează rezultate inexacte, făcându-l util pentru aplicații în care un rezultat aproximativ este suficient.
La laboratorul de inginerie informatică al Universității din Saskatchewan, propunem să proiectăm și să implementăm aceste soluții de calcul aproximative, astfel încât să poată schimba în mod optim precizia și eficiența între software și hardware. Când am aplicat aceste soluții unei componente de bază a procesorului, am constatat că consumul de energie a scăzut mai mult de 50 la sută cu aproape nici o scădere a performanței.
Precizie flexibilă
În zilele noastre, majoritatea computerelor personale conțin un format numeric standard pe 64 de biți. Aceasta înseamnă că utilizează un număr cu 64 de cifre (fie zero, fie una) pentru a efectua toate calculele.
Grafica 3D, realitatea virtuală și realitatea augmentată necesită funcționarea formatului pe 64 de biți. Dar procesarea de bază a sunetului și a imaginii se poate face cu un format pe 32 de biți și oferă în continuare rezultate satisfăcătoare. Mai mult, aplicațiile de învățare profundă pot fi folosite chiar Formate pe 16 sau 8 biți datorită rezistenței lor la erori
Proiectele inovatoare în hardware și software pentru computer pot îmbunătăți eficiența energetică. (Shutterstock)
Cu cât formatul numeric este mai scurt, cu atât se utilizează mai puțină energie pentru efectuarea calculului. Putem proiecta soluții de calcul flexibile, dar precise, care rulează diferite aplicații folosind cel mai potrivit format numeric, astfel încât să promoveze eficiența energetică.
De exemplu, o aplicație de învățare profundă care utilizează această soluție de calcul flexibilă ar putea reduce consumul de energie cu 15%, conform experimentului nostru preliminar. În plus, soluțiile propuse pot fi reconfigurate pentru a efectua simultan mai multe operații care necesită precizie numerică scăzută și pentru a îmbunătăți performanța.
IoT are multe promisiuni, dar trebuie să ne gândim și la costurile procesării tuturor acestor date. Cu procesoare mai inteligente și mai ecologice, am putea ajuta la soluționarea problemelor de mediu și la încetinirea sau reducerea contribuțiilor lor la schimbările climatice.
Despre autor
Seokbum Ko, profesor, Universitatea din Saskatchewan
Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.
