Hoe computers sneller en klimaatvriendelijker te maken

Hoe computers sneller en klimaatvriendelijker te maken Het internet der dingen kan de levenskwaliteit verbeteren, maar het zal ook enorme hoeveelheden elektriciteit verbruiken en de uitstoot van broeikasgassen verhogen. (Shutterstock)

Uw smartphone is veel krachtiger dan de NASA-computers die Neil Armstrong en Buzz Aldrin in 1969 op de maan zetten, maar het is ook een energievarken. In de informatica wordt energiegebruik vaak als een secundair probleem van snelheid en opslag beschouwd, maar met de snelheid en richting van technologische vooruitgang wordt het een groeiend probleem voor het milieu.

Toen het cryptocurrency-mijnbedrijf Hut 8 het grootste bitcoin-mijnbouwproject van Canada buiten Medicine Hat, Alta, opende, sloegen milieuactivisten alarm. De fabriek verbruikt 10 keer meer elektriciteit, grotendeels geproduceerd door een aardgasgestookte elektriciteitscentrale, dan elke andere faciliteit in de stad.

Wereldwijd zijn broeikasgasemissies (BKG) van de sectoren informatie, communicatie en technologie (ICT) naar verwachting het equivalent van 1.4 gigaton (miljard ton) koolstofdioxide jaarlijks tegen 2020 bereiken. Dat is 2.7 procent van de wereldwijde broeikasgassen en ruwweg het dubbele van de totale jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen in Canada.

Door energiezuinige computerprocessors te ontwerpen, kunnen we het energieverbruik verminderen en de uitstoot van broeikasgassen verminderen op plaatsen waar elektriciteit uit fossiele brandstoffen komt. Als een computeringenieur die gespecialiseerd is in computerarchitectuur en rekenen, hebben mijn collega's en ik er alle vertrouwen in dat deze positieve effecten kunnen worden bereikt met vrijwel geen invloed op computerprestaties of gebruikersgemak.

Krachtige verbindingen

Het Internet of Things (IoT) - bestaande uit de verbonden computerapparatuur ingebed in alledaagse objecten - levert nu al positieve economische en sociale effecten op en transformeert onze samenlevingen, het milieu en onze voedselvoorzieningsketens ten goede.

Deze apparaten bewaken en verminderen luchtvervuiling, verbeteren het waterbehoud en voeden een hongerige wereld. Ze maken ook onze huizen en bedrijven efficiënter, regelen thermostaten, verlichting, boilers, koelkasten en wasmachines.

Hoe computers sneller en klimaatvriendelijker te maken Op internet aangesloten apparaten dragen bij aan de gegevensverwerking en het energieverbruik. (Shutterstock)


Haal het laatste uit InnerSelf


Met het aantal aangesloten apparaten bovenaan 11 miljard - exclusief computers en telefoons - in 2018 maakt IoT big data waarvoor enorme berekeningen nodig zijn.

Het efficiënter maken van berekeningen zou geld besparen en het energieverbruik verminderen. Het zou ook mogelijk maken dat de batterijen die stroom leveren in computersystemen kleiner worden of langer meegaan. Bovendien kunnen berekeningen sneller worden uitgevoerd, zodat computersystemen minder warmte genereren.

Geschatte computergebruik

De computersystemen van vandaag zijn ontworpen om exacte oplossingen te leveren tegen hoge energiekosten. Maar veel foutbestendige algoritmen zoals beeld-, geluids- en videoverwerking, datamining, sensorgegevensanalyse en diep leren vereisen geen exacte antwoorden.

Deze onnodige nauwkeurigheid en overmatig energieverbruik zijn verspillend. Er zijn beperkingen aan de menselijke perceptie - we hebben niet altijd 100 procent nauwkeurigheid nodig om tevreden te zijn met het resultaat. Kleine veranderingen in de kwaliteit van afbeeldingen en video's blijven bijvoorbeeld vaak onopgemerkt.

Hoe computers sneller en klimaatvriendelijker te maken Videoverwerkingstoepassingen vereisen geen 100 procent nauwkeurigheid. (Shutterstock)

Computersystemen kunnen profiteren van deze beperkingen om het energieverbruik te verminderen zonder een negatieve invloed op de gebruikerservaring te hebben. "Geschatte computing" is een berekeningstechniek die soms onnauwkeurige resultaten oplevert, waardoor het nuttig is voor toepassingen waarbij een geschat resultaat voldoende is.

In het computer engineering lab van de Universiteit van Saskatchewan stellen we voor deze benaderende computeroplossingen te ontwerpen en te implementeren, zodat ze de nauwkeurigheid en efficiëntie tussen software en hardware optimaal kunnen inruilen. Toen we deze oplossingen toepasten op een kerncomponent van de processor, zagen we dat het stroomverbruik daalde meer dan 50 procent met bijna geen prestatievermindering.

Flexibele precisie

Tegenwoordig bevatten de meeste pc's een 64-bits standaard numeriek formaat. Dit betekent dat ze een getal met 64 cijfers (nul of één) gebruiken om alle berekeningen uit te voeren.

3D-graphics, virtual reality en augmented reality vereisen het 64-bits formaat om te werken. Maar elementaire audio- en beeldverwerking kan worden gedaan met een 32-bits indeling en biedt nog steeds bevredigende resultaten. Bovendien kunnen deep learning-toepassingen zelfs gebruiken 16-bit of 8-bit formaten vanwege hun foutbestendigheid

Hoe computers sneller en klimaatvriendelijker te maken Innovatieve ontwerpen in computerhardware en -software kunnen de energie-efficiëntie verbeteren. (Shutterstock)

Hoe korter het numerieke formaat, hoe minder energie wordt gebruikt om de berekening uit te voeren. We kunnen flexibele, maar toch precieze computeroplossingen ontwerpen die verschillende applicaties draaien met behulp van het meest geschikte numerieke formaat, zodat het energie-efficiëntie bevordert.

Een toepassing voor diep leren die deze flexibele computeroplossing gebruikt, zou bijvoorbeeld het energieverbruik met 15 procent kunnen verminderen, volgens ons voorlopige experiment. Bovendien kunnen de voorgestelde oplossingen opnieuw worden geconfigureerd om gelijktijdig meerdere bewerkingen uit te voeren die een lage numerieke precisie vereisen en de prestaties te verbeteren.

Het IoT houdt veel belofte in, maar we moeten ook nadenken over de kosten van het verwerken van al deze gegevens. Met slimmere, groenere processors kunnen we helpen om milieuproblemen aan te pakken en hun bijdragen aan klimaatverandering te vertragen of te verminderen.The Conversation

Over de auteur

Seokbum Ko, professor, Universiteit van Saskatchewan

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}

VAN DE REDACTIE

Animal Perspectives on the Corona Virus
by Nancy Windheart
In deze post deel ik enkele van de communicatie en uitzendingen van enkele van de niet-menselijke wijsheidsleraren waarmee ik contact heb gehad over onze wereldwijde situatie, en in het bijzonder de smeltkroes van de ...
De dag van afrekening is gekomen voor de GOP
by Robert Jennings, InnerSelf.com
De Republikeinse partij is niet langer een pro-Amerikaanse politieke partij. Het is een onwettige pseudo-politieke partij vol radicalen en reactionairen met als doel het verstoren, destabiliseren en ...
Waarom Donald Trump de grootste verliezer van de geschiedenis zou kunnen zijn
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Bijgewerkt 2 juli 20020 - Deze hele coronavirus pandemie kost een fortuin, misschien 2 of 3 of 4 fortuinen, allemaal van onbekende grootte. Oh ja, en honderdduizenden, misschien een miljoen mensen zullen sterven ...
Blue-Eyes vs Brown Eyes: hoe racisme wordt onderwezen
by Marie T. Russell, InnerSelf
In deze aflevering van Oprah Show uit 1992 leerde de bekroonde antiracistische activist en opvoeder Jane Elliott het publiek een harde les over racisme door te laten zien hoe gemakkelijk het is om vooroordelen te leren.
Er komt een verandering ...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 mei 2020) Terwijl ik het nieuws bekijk over de gebeurtenissen in Philadelphia en andere steden in het land, doet mijn hart pijn voor wat er gebeurt. Ik weet dat dit deel uitmaakt van de grotere verandering die doorgaat ...