コンピューターをより速く、気候に優しいものにする方法

コンピューターをより速く、気候に優しいものにする方法 モノのインターネットは生活の質を向上させる可能性がありますが、大量の電力を消費し、温室効果ガスの排出量を増加させます。 (シャッターストック)

きみの スマートフォンはNASAコンピューターよりもはるかに強力です 1969年にニール・アームストロングとバズ・オルドリンを月に乗せましたが、それはエネルギーの豚でもあります。 コンピューティングでは、エネルギーの使用は速度とストレージの二次的な問題と見なされることがよくありますが、技術の進歩の速度と方向性により、環境への関心が高まっています。

暗号通貨マイニング会社Hut 8が、アルタ州メディシンハットの外でカナダ最大のビットコインマイニングプロジェクトを開始したとき、環境保護主義者は警鐘を鳴らしました。 植物は10倍以上の電力を消費します、市内の他のどの施設よりも、主に天然ガス火力発電所によって生産されています。

世界的に、情報通信技術(ICT)部門からの温室効果ガス(GHG)排出量は 1.4年までに年間2020ギガトン(XNUMX億トン)の二酸化炭素に相当する予測。 それは世界のGHGの2.7パーセントであり、 カナダの年間温室効果ガス総生産量の約XNUMX倍.

エネルギー効率の高いコンピュータープロセッサを設計することにより、エネルギー消費を削減でき、化石燃料から電力が供給される場所でのGHG排出量を削減できました。 コンピューターアーキテクチャーと算術を専門とするコンピューターエンジニアとして、同僚と私は、コンピューターのパフォーマンスやユーザーの利便性にほとんど影響を与えずに、これらのプラスの効果を達成できると確信しています。

強力な接続

モノのインターネット(IoT)-日常のオブジェクトに埋め込まれた接続されたコンピューティングデバイスで構成されています-はすでに、経済、社会にプラスの影響を与え、社会、環境、食品サプライチェーンをより良い方向に変えています。

これらのデバイス 大気汚染を監視および削減し、水の保全を改善し、飢えた世界に食料を供給しています。 また、サーモスタット、照明、給湯器、冷蔵庫、洗濯機を制御して、家庭やビジネスをより効率的にしています。

コンピューターをより速く、気候に優しいものにする方法 インターネットに接続されたデバイスは、データ処理のニーズとエネルギー消費を増加させます。 (シャッターストック)

接続されているデバイスの数を一番上に設定して 11億 —コンピューターと電話を除く— 2018年、IoTは巨大な計算を必要とするビッグデータを作成します。

計算のエネルギー効率を高めると、費用が節約され、エネルギー使用量が削減されます。 また、コンピューティングシステムで電力を供給するバッテリーを小さくしたり、長時間使用したりすることもできます。 さらに、計算はより高速に実行できるため、コンピューティングシステムの発熱は少なくなります。

近似計算

今日のコンピューティングシステムは、高いエネルギーコストで正確なソリューションを提供するように設計されています。 しかし、画像、音声およびビデオ処理、データマイニング、センサーデータ分析、ディープラーニングなどのエラー耐性アルゴリズムの多くは、正確な回答を必要としません。

この不必要な精度と過剰なエネルギー消費は無駄です。 人間の知覚には制限があります。結果に満足するために、常に100%の精度が必要なわけではありません。 たとえば、画像やビデオの品質のわずかな変更は、しばしば気付かれません。

コンピューターをより速く、気候に優しいものにする方法 ビデオ処理アプリケーションでは、100%の精度は必要ありません。 (シャッターストック)

コンピューティングシステムは、これらの制限を利用して、ユーザーエクスペリエンスに悪影響を与えることなくエネルギー使用量を削減できます。 「近似計算」は、時々不正確な結果を返す計算手法であり、近似結果で十分なアプリケーションに役立ちます。

サスカチュワン大学のコンピューターエンジニアリングラボでは、これらの近似コンピューティングソリューションを設計および実装し、ソフトウェアとハ​​ードウェア全体で精度と効率を最適にトレードオフできるようにすることを提案しています。 これらのソリューションをプロセッサのコアコンピューティングコンポーネントに適用すると、消費電力が 50%以上 パフォーマンスはほとんど低下しません。

柔軟な精度

現在、ほとんどのパーソナルコンピュータには64ビットの標準数値形式が含まれています。 これは、すべての計算を実行するために64桁の数字(XNUMXまたはXNUMX)を使用することを意味します。

3Dグラフィックス、仮想現実、拡張現実では、64ビット形式が機能する必要があります。 ただし、基本的なオーディオおよび画像処理は32ビット形式で実行でき、満足のいく結果が得られます。 さらに、深層学習アプリケーションでも使用できます 16ビットまたは8ビット形式 そのエラー回復力のため

コンピューターをより速く、気候に優しいものにする方法 コンピューターのハードウェアとソフトウェアの革新的な設計により、エネルギー効率を改善できます。 (シャッターストック)

数値形式が短いほど、計算の実行に使用されるエネルギーが少なくなります。 エネルギー効率を高めるために、最も適切な数値形式を使用してさまざまなアプリケーションを実行する、柔軟でありながら正確なコンピューティングソリューションを設計できます。

たとえば、この柔軟なコンピューティングソリューションを使用したディープラーニングアプリケーションは、予備実験によると、エネルギー消費を15%削減できます。 さらに、提案されたソリューションは、低い数値精度を必要とする複数の操作を同時に実行し、パフォーマンスを向上させるように再構成できます。

IoTには大きな期待が寄せられていますが、このデータすべてを処理するコストについても考慮する必要があります。 よりスマートで環境に優しいプロセッサを使用することで、環境問題への取り組みを支援し、気候変動への貢献を遅らせたり削減したりできます。会話

著者について

Seokbum Ko、教授、 サスカチュワン大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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