Hur man gör datorer snabbare och klimatvänligare

Hur man gör datorer snabbare och klimatvänligare Tingen Internet skulle kunna förbättra livskvaliteten, men det kommer också att konsumera stora mängder el och öka utsläppen av växthusgaser. (Shutterstock)

Din smartphone är mycket kraftfullare än NASA-datorerna som satte Neil Armstrong och Buzz Aldrin på månen 1969, men det är också ett energin. När det gäller datoranvändning anses energianvändning ofta vara ett sekundärt problem för hastighet och lagring, men med takt och riktning för teknisk utveckling är det ett växande miljöproblem.

När gruvföretaget cryptcoin-gruvan Hut 8 öppnade Kanadas största bitcoin-gruvprojekt utanför Medicine Hat, Alta., Hörde miljöaktivisterna larmet. Anläggningen förbrukar 10 gånger mer el, till stor del producerad av ett naturgaseldat kraftverk än någon annan anläggning i staden.

Globalt är växthusgasutsläpp från informations-, kommunikations- och teknik (IKT) sektorerna beräknas nå motsvarande 1.4 gigatonn (miljarder ton) koldioxid årligen fram till 2020. Det är 2.7 procent av globala växthusgaser och ungefär dubbla Kanadas totala årliga produktion av växthusgaser.

Genom att utforma energieffektiva datorprocessorer skulle vi kunna minska energiförbrukningen och vi kan minska växthusgasutsläppen på platser där el kommer från fossila bränslen. Som en datoringenjör som är specialiserad på datorarkitektur och aritmetik är mina kollegor och jag övertygade om att dessa positiva effekter kan uppnås med nästan ingen inverkan på datorprestanda eller användarvänlighet.

Kraftfulla anslutningar

Tingenes Internet (IoT) - som består av de anslutna datorenheterna inbäddade i vardagsobjekt - levererar redan positiva ekonomiska och sociala effekter och förvandlar våra samhällen, miljön och våra livsmedelskedjor till det bättre.

Dessa enheter övervakar och minskar luftföroreningar, förbättrar vattenskyddet och matar en hungrig värld. De gör också våra hus och företag mer effektiva, kontrollerar termostater, belysning, vattenvärmare, kylskåp och tvättmaskiner.

Hur man gör datorer snabbare och klimatvänligare Internet-anslutna enheter bidrar till databehandlingsbehov och energiförbrukning. (Shutterstock)


Få det senaste från InnerSelf


Med antalet anslutna enheter inställd på toppen 11 miljarder - inte inklusive datorer och telefoner - kommer IoT att skapa stora data 2018 som kräver enorma beräkningar.

Att göra beräkningen mer energieffektiv skulle spara pengar och minska energianvändningen. Det skulle också göra det möjligt för de batterier som tillhandahåller ström i datorsystem att vara mindre eller köras längre. Dessutom kan beräkningar köras snabbare, så datorsystem skulle generera mindre värme.

Ungefärlig beräkning

Dagens datorsystem är utformade för att leverera exakta lösningar till en hög energikostnad. Men många felfjädrande algoritmer som bild-, ljud- och videobearbetning, data mining, sensordataanalys och djup inlärning kräver inte exakta svar.

Denna onödiga noggrannhet och överdrivna energiförbrukning är slöseri. Det finns begränsningar för människans uppfattning - vi behöver inte alltid 100% noggrannhet för att vara nöjda med resultatet. Till exempel, små ändringar i kvaliteten på bilder och videor går ofta obemärkt.

Hur man gör datorer snabbare och klimatvänligare Videobehandlingsapplikationer kräver inte 100 procent noggrannhet. (Shutterstock)

Datorsystem kan dra nytta av dessa begränsningar för att minska energianvändningen utan att påverka användarupplevelsen negativt. "Ungefärlig beräkning" är en beräkningsteknik som ibland ger felaktiga resultat, vilket gör det användbart för applikationer där ett ungefärligt resultat är tillräckligt.

Vid University of Saskatchewans datortekniklaboratorium föreslår vi att designa och implementera dessa ungefärliga datalösningar, så att de optimalt kan byta ut noggrannhet och effektivitet över programvara och hårdvara. När vi använde dessa lösningar på en kärnberäkningskomponent i processorn fann vi att strömförbrukningen minskade med mer än 50 procent med nästan inget fall i prestanda.

Flexibel precision

Numera har de flesta persondatorer ett 64-bitars numeriskt format. Detta innebär att de använder ett nummer med 64 siffror (antingen noll eller en) för att utföra alla beräkningar.

3D-grafik, virtual reality och augmented reality kräver 64-bitarsformat för att fungera. Men grundläggande ljud- och bildbehandling kan göras med ett 32-bitarsformat och fortfarande ger tillfredsställande resultat. Dessutom kan djupa inlärningsapplikationer till och med använda 16-bitars eller 8-bitarsformat på grund av deras fel motståndskraft

Hur man gör datorer snabbare och klimatvänligare Innovativa konstruktioner inom hårdvara och mjukvara kan förbättra energieffektiviteten. (Shutterstock)

Ju kortare det numeriska formatet, desto mindre energi används för att utföra beräkningen. Vi kan utforma flexibla, men ändå exakta, datalösningar som kör olika applikationer med det lämpligaste numeriska formatet så att det främjar energieffektivitet.

Till exempel kan en djup inlärningsapplikation som använder denna flexibla datorlösning minska energiförbrukningen med 15 procent, enligt vårt preliminära experiment. Dessutom kan de föreslagna lösningarna omkonfigureras för att samtidigt utföra flera operationer som kräver låg numerisk precision och förbättra prestanda.

IoT har mycket löfte, men vi måste också tänka på kostnaderna för att bearbeta all denna information. Med smartare, grönare processorer kan vi hjälpa till att ta itu med miljöhänsyn och bromsa eller minska deras bidrag till klimatförändringar.Avlyssningen

Om författaren

Seokbum Ko, professor, University of Saskatchewan

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}

FRÅN REDAKTORERNA

Varför Donald Trump kunde vara historiens största förlorare
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Uppdaterad 2 juli 20020 - Hela coronavirus-pandemin kostar en förmögenhet, kanske 2 eller 3 eller 4 förmögenheter, alla av okänd storlek. Åh ja, och hundratusentals, kanske en miljon människor kommer att dö ...
Blåögon vs bruna ögon: Hur rasism lärs ut
by Marie T. Russell, InnerSelf
I detta avsnitt från Oprah Show från 1992 lärde den prisbelönta antirasismaktivisten och utbildaren Jane Elliott publiken en tuff lektion om rasism genom att visa hur lätt det är att lära sig fördomar.
En förändring kommer att komma...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 maj 2020) När jag tittar på nyheterna om händelserna i Philadephia och andra städer i landet verkar mitt hjärta efter det som händer. Jag vet att detta är en del av den större förändringen som sker ...
En låt kan lyfta hjärtat och själen
by Marie T. Russell, InnerSelf
Jag har flera sätt som jag använder för att rensa mörkret från mitt sinne när jag upptäcker att det har snett i. En är trädgårdsarbete eller spendera tid i naturen. Den andra är tystnad. Ett annat sätt är läsning. Och en som ...
Maskot för Pandemic och temasång för social distansering och isolering
by Marie T. Russell, InnerSelf
Jag stötte på en låt nyligen och när jag lyssnade på texterna trodde jag att det skulle vara en perfekt låt som en "temalåt" under dessa tider med social isolering. (Text under videon.)