Die Internet of Things kan die lewensgehalte verbeter, maar dit sal ook groot hoeveelhede elektrisiteit verbruik en kweekhuisgasvrystellings verhoog. (Shutter)
jou slimfoon is baie kragtiger as die NASA-rekenaars wat Neil Armstrong en Buzz Aldrin in 1969 op die maan geplaas het, maar dit is ook 'n energievark. In die rekenaargebruik word energieverbruik dikwels as 'n sekondêre probleem vir spoed en opberging beskou, maar met die tempo en rigting van tegnologiese vooruitgang, word dit 'n groeiende omgewingsprobleem.
Toe die cryptocurrency-mynmaatskappy Hut 8, Kanada se grootste bitcoin-mynprojek buite Medicine Hat, Alta, geopen het, het die omgewingsbewustes die alarm laat hoor. Die fabriek verbruik tien keer meer elektrisiteit, grootliks vervaardig deur 'n aardgas-aangedrewe kragstasie, as enige ander fasiliteit in die stad.
Globaal is die uitstoot van kweekhuisgas (GHG) uit die sektor vir inligting, kommunikasie en tegnologie (IKT) voorspel om teen 1.4 die ekwivalent van 2020 gigatonnes (miljard ton) koolstofdioksied te bereik. Dit is 2.7 persent van die wêreldwye kweekhuisgasse en ongeveer dubbel Kanada se totale jaarlikse produksie van kweekhuisgas.
Deur energie-effektiewe rekenaarverwerkers te ontwerp, kan ons energieverbruik verminder, en kan ons die uitstoot van broeikasgasse verminder op plekke waar elektrisiteit van fossielbrandstowwe afkomstig is. As 'n rekenaaringenieur wat in rekenaarargitektuur en rekenkunde spesialiseer, is ek en my kollegas vol vertroue dat hierdie positiewe gevolge bereik kan word sonder dat dit byna geen invloed op rekenaarprestasie of gebruikersgemak het nie.
Kragtige verbindings
Die Internet of Things (IoT) - wat bestaan uit die gekoppelde rekenaartoestelle wat in alledaagse voorwerpe ingebed is, lewer reeds positiewe ekonomiese en sosiale gevolge, wat ons samelewings, die omgewing en ons voedselvoorsieningskettings ten goede laat verander.
Hierdie toestelle monitor en verminder lugbesoedeling, verbeter waterbewaring en voed 'n honger wêreld. Dit maak ons huise en ondernemings ook doeltreffender, en beheer termostate, beligting, waterverwarmers, yskaste en wasmasjiene.
Toestelle wat deur internet gekoppel is, dra by tot die verwerking van data en energieverbruik. (Shutter)
Met die aantal gekoppelde toestelle bo-aan 11 miljard - nie rekenaars en telefone ingesluit nie - IoT sal in 2018 groot data skep wat groot berekeninge benodig.
Deur berekening energiebesparender te maak, sou dit geld bespaar en energieverbruik verminder. Dit sal ook toelaat dat die batterye wat krag lewer in rekenaarsisteme kleiner wees of langer kan loop. Daarbenewens kan berekeninge vinniger verloop, sodat rekenaarstelsels minder hitte sou opwek.
Benaderde berekening
Die rekenaarstelsels van vandag is ontwerp om presiese oplossings teen 'n hoë energiekoste te lewer. Maar baie foute-veerkragtige algoritmes soos beeld-, klank- en videoverwerking, data-ontginning, sensordata-analise en diep leer hoef nie presiese antwoorde te wees nie.
Hierdie onnodige akkuraatheid en buitensporige energie-uitgawes is verkwistend. Die menslike persepsie is beperkend - ons het nie altyd 100% akkuraatheid nodig om tevrede te wees met die uitkoms nie. Byvoorbeeld, geringe veranderinge in die gehalte van beelde en video's kom dikwels nie agter nie.
Aansoeke vir videoverwerking benodig nie 100% akkuraatheid nie. (Shutter)
Rekenaarstelsels kan van hierdie beperkings gebruik maak om energieverbruik te verminder sonder om die gebruikerservaring negatief te beïnvloed. 'Benaderde berekening' is 'n berekeningstegniek wat soms onakkurate resultate lewer, wat dit nuttig maak vir toepassings waar 'n benaderde resultaat voldoende is.
Op die rekenaaringenieurslaboratorium van die Universiteit van Saskatchewan beoog ons om hierdie benaderde rekenaaroplossings te ontwerp en te implementeer, sodat dit die akkuraatheid en doeltreffendheid van sagteware en hardeware optimaal kan verhandel. Toe ons hierdie oplossings op 'n kernrekenaarkomponent van die verwerker toepas, het ons gevind dat die kragverbruik daal meer as 50 persent met byna geen daling in prestasie nie.
Buigsame presisie
Deesdae bevat die meeste persoonlike rekenaars 'n 64-bis standaard-numeriese formaat. Dit beteken dat hulle 'n getal met 64 syfers (nul of een) gebruik om al die berekeninge uit te voer.
3D-grafika, virtuele werklikheid en augmented reality vereis dat die 64-bis-formaat werk. Basiese klank- en beeldverwerking kan egter met 'n 32-bis-formaat gedoen word en lewer steeds bevredigende resultate. Daarbenewens kan toepassings met diep leer selfs gebruik word 16-bis of 8-bis formate as gevolg van hul foutveerkragtigheid
Innoverende ontwerpe in rekenaarhardeware en -sagteware kan energiedoeltreffendheid verbeter. (Shutter)
Hoe korter die numeriese formaat, hoe minder energie word gebruik om die berekening uit te voer. Ons kan buigsame, dog noukeurige, rekenaaroplossings ontwerp wat verskillende toepassings op die mees geskikte numeriese formaat gebruik, sodat dit energiedoeltreffendheid bevorder.
Volgens 'n voorlopige eksperiment kan 'n diepte-toepassing met behulp van hierdie buigsame rekenaaroplossing energieverbruik met 15 persent verminder. Daarbenewens kan die voorgestelde oplossings herkonfigureer word om gelyktydig veelvuldige bewerkings uit te voer wat lae numeriese presisie benodig en die werkverrigting verbeter.
Die IoT hou baie belofte in, maar ons moet ook nadink oor die koste om al hierdie data te verwerk. Met slimmer, groener verwerkers kan ons help met die omgewingsvraagstukke en hul bydraes tot klimaatsverandering vertraag of verminder.
Oor die skrywer
Seokbum Ko, Professor, Universiteit van Saskatchewan
Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.
