A tárgyak internete javíthatja az életminőséget, de hatalmas mennyiségű villamos energiát fog fogyasztani és növeli az üvegházhatású gázok kibocsátását. (Shutterstock)

A te Az okostelefon sokkal hatékonyabb, mint a NASA számítógépek amely 1969-ben Neil Armstrongot és Buzz Aldrin-t tette a holdra, de ez is energiamegény. A számítástechnikában az energiafelhasználást gyakran a sebesség és a tárolás másodlagos problémájának tekintik, ám a technológiai fejlődés sebességével és irányával egyre növekvő környezeti kérdés.

Amikor a kriptovaluta bányászati ​​társaság, a Hut 8 megnyitotta Kanada legnagyobb bitcoin-bányászati ​​projektjét, az Alta állambeli Medicine Hat területén kívül, a környezetvédők riasztást hallottak. Az üzem tízszer több villamos energiát fogyaszt, amelyet nagyrészt földgázüzemű erőmű állít elő, mint a város bármely más létesítményét.

Globális szinten az üvegházhatású gázok (üvegházhatást okozó gázok) kibocsátása az információs, kommunikációs és technológiai (IKT) ágazatokból származik Az előrejelzés szerint 1.4-ra évente eléri a 2020 gigatonnát (milliárd tonnát) a szén-dioxidot. Ez a globális üvegházhatású gázok 2.7% -a nagyjából megkétszerezi Kanada teljes üvegházhatású gázkibocsátását.

Az energiahatékony számítógépes processzorok tervezésével csökkenthetjük az energiafogyasztást, és csökkenthetjük az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását azokon a helyeken, ahol a villamos energia fosszilis tüzelőanyagokból származik. A számítógépes építészetre és a számtani feladatokra szakosodott számítógépes mérnökként kollégáimmal és én biztosak vagyunk abban, hogy ezek a pozitív hatások szinte semmilyen hatással nem érhetők el a számítógép teljesítményére vagy a felhasználó kényelmére.

Erőteljes csatlakozások

A tárgyak internete (IoT) - amely a mindennapi tárgyakba ágyazott csatlakoztatott számítástechnikai eszközökből áll - már pozitív gazdasági és társadalmi hatásokat vált ki, jobbá téve társadalmainkat, a környezetet és az élelmiszer-ellátási láncokat.

Ezek az eszközök figyelemmel kísérik és csökkentik a légszennyezést, javítják a vízmegőrzést és táplálják az éhes világot. Emellett hatékonyabbá teszik otthonainkat és üzleteinket, vezérlik a termosztátokat, a világítást, a vízmelegítőket, a hűtőszekrényeket és a mosógépeket.

Az internethez csatlakoztatott eszközök növelik az adatfeldolgozási igényeket és az energiafogyasztást. (Shutterstock)

A csatlakoztatott eszközök számának tetejére állítva 11 milliárd - a számítógépek és a telefonok kivételével - az IoT 2018-ban nagy adatokat fog létrehozni, amelyek hatalmas számításokat igényelnek.

A számítás energiahatékonyabbá tétele pénzt takarít meg és csökkentené az energiafelhasználást. Ez azt is lehetővé tenné, hogy az informatikai rendszerekben tápláló akkumulátorok kisebbek vagy hosszabb ideig működjenek. Ezenkívül a számítások gyorsabban futhatnak, így a számítási rendszerek kevesebb hőt termelnének.

Hozzávetőleges számítástechnika

A mai számítási rendszereket úgy tervezték, hogy pontos megoldásokat szállítsanak magas energiaköltségekkel. De sok olyan hibatűrő algoritmus, mint a kép-, hang- és videófeldolgozás, az adatbányászat, az érzékelőadatok elemzése és a mély tanulás, nem igényel pontos válaszokat.

Ez a szükségtelen pontosság és a túlzott energiafelhasználás pazarló. Az emberi észlelésnek korlátozása van - nem mindig szükséges 100 százalékos pontosság, hogy elégedettek legyenek az eredménnyel. Például a képek és a videók minőségének kisebb változásai gyakran észrevétlenek.

A videófeldolgozó alkalmazások nem igényelnek 100% -os pontosságot. (Shutterstock)

A számítástechnikai rendszerek kihasználhatják ezeket a korlátozásokat az energiafelhasználás csökkentése érdekében anélkül, hogy negatívan befolyásolnák a felhasználói élményt. A „hozzávetőleges számítástechnika” olyan számítási technika, amely időnként pontatlan eredményeket ad vissza, és ez olyan alkalmazások számára hasznos, amelyekben a megközelítő eredmény elegendő.

A Saskatchewan Egyetem számítógépes mérnöki laboratóriumában javasoljuk ezen közelítő számítási megoldások megtervezését és bevezetését, hogy azok optimalizálhassák a pontosságot és a hatékonyságot a szoftverek és a hardverek között. Amikor ezeket a megoldásokat alkalmaztuk a processzor alapvető számítástechnikai elemére, azt tapasztaltuk, hogy az energiafogyasztás csökkent több mint 50% szinte nem csökkent a teljesítmény.

Rugalmas pontosság

Manapság a legtöbb személyi számítógép 64 bites szabványos numerikus formátumot tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy 64 számjegyű számot használnak (akár nullát, akár egyet) az összes számítás elvégzéséhez.

A 3D grafika, a virtuális valóság és a kibővített valóság működéséhez 64 bites formátum szükséges. Az alapvető hang- és képfeldolgozás azonban 32 bites formátumban is elvégezhető, mégis kielégítő eredményeket biztosít. Sőt, a mélytanulásos alkalmazások akár felhasználhatók is 16 vagy 8 bites formátumok hiba ellenálló képességük miatt

A számítógépes hardver és szoftver innovatív tervezése javíthatja az energiahatékonyságot. (Shutterstock)

Minél rövidebb a numerikus formátum, annál kevesebb energiát kell felhasználni a számítás elvégzéséhez. Olyan rugalmas, de pontos számítógépes megoldásokat tervezhetünk, amelyek különböző alkalmazásokat futtatnak a legmegfelelőbb numerikus formátumban, hogy ez elősegítse az energiahatékonyságot.

Előzetes kísérletünk szerint például egy, a rugalmas számítástechnikai megoldást használó mély tanulási alkalmazás 15% -kal csökkentheti az energiafogyasztást. Ezenkívül a javasolt megoldások úgy is konfigurálhatók, hogy egyszerre végezzenek több műveletet, amelyek alacsony numerikus pontosságot igényelnek, és javítják a teljesítményt.

Az IoT sokat ígér, de gondolkodnunk kell ezen adatok feldolgozásának költségein is. Okosabb, környezetbarátabb processzorokkal hozzájárulhatunk a környezeti aggályok kezeléséhez és lassíthatjuk vagy csökkenthetjük az éghajlatváltozáshoz való hozzájárulást.

A szerzőről

Seokbum Ko professzor, Saskatchewani Egyetem

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.