如何使计算机更快,更环保

如何使计算机更快,气候更友好 物联网可以改善生活质量,但也会消耗大量电力并增加温室气体排放。 (存在Shutterstock)

你的 智能手机远比NASA电脑强大 1969年让尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴斯·奥尔德林(Buzz Aldrin)登上月球,但这也是一种能量猪。 在计算中,能源使用通常被认为是速度和存储的第二个问题,但是随着技术进步的速度和方向,它已成为环境关注的焦点。

当加密货币采矿公司Hut 8在阿尔塔州梅迪辛哈特(Medicine Hat)以外开设加拿大最大的比特币采矿项目时,环保人士发出了警报。 该工厂的电耗增加了10倍大部分由天然气发电厂生产,比该市的任何其他设施都要多。

在全球范围内,信息,通信和技术(ICT)部门的温室气体(GHG)排放量 预测到1.4年每年将达到相当于2020千兆吨(十亿公吨)的二氧化碳。 占全球温室气体的2.7%, 大约是加拿大年度温室气体总产量的两倍.

通过设计节能计算机处理器,我们可以减少能源消耗,并且可以减少化石燃料发电所产生的温室气体排放。 作为专门从事计算机体系结构和算术的计算机工程师,我和我的同事们相信可以在不影响计算机性能或用户便利的情况下实现这些积极效果。

强大的连接

物联网(IoT)由嵌入到日常物品中的互连计算设备组成,已经在带来积极的经济和社会影响,使我们的社会,环境和我们的食品供应链日臻完善。

这些设备 正在监测和减少空气污染,改善节水并为饥饿的世界提供食物。 他们还通过控制恒温器,照明,热水器,冰箱和洗衣机,使我们的家庭和企业更加高效。

如何使计算机更快,更环保 连接互联网的设备增加了数据处理需求和能源消耗。 (存在Shutterstock)


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连接的设备数设置为最高 11十亿 物联网(不包括计算机和电话)将在2018年创建需要大量计算的大数据。

使计算更加节能,将节省资金并减少能源消耗。 它还将允许在计算系统中提供电源的电池更小或更长时间。 另外,计算可以更快地进行,因此计算系统产生的热量更少。

近似计算

当今的计算系统旨在以高能源成本提供精确的解决方案。 但是,许多具有错误恢复能力的算法(例如图像,声音和视频处理,数据挖掘,传感器数据分析和深度学习)并不需要确切的答案。

这种不必要的准确性和过多的能量消耗是浪费的。 人类的感知是有局限性的-我们并不总是需要100%的准确性来满足结果。 例如,图像和视频质量的细微变化通常不会引起注意。

如何使计算机更快,更环保 视频处理应用程序不需要100%的准确性。 (存在Shutterstock)

计算系统可以利用这些限制来减少能耗,而不会对用户体验产生负面影响。 “近似计算”是一种有时会返回不准确结果的计算技术,使其对于近似结果足够的应用程序很有用。

在萨斯喀彻温大学的计算机工程实验室,我们提议设计和实现这些近似的计算解决方案,以便它们可以在软件和硬件之间最佳地权衡准确性和效率。 当我们将这些解决方案应用于处理器的核心计算组件时,我们发现功耗降低了 超过50% 性能几乎没有下降。

灵活的精度

如今,大多数个人计算机都包含64位标准数字格式。 这意味着他们使用64位数字(零或一)来执行所有计算。

3D图形,虚拟现实和增强现实需要64位格式才能工作。 但是基本的音频和图像处理可以使用32位格式完成,并且仍然可以提供令人满意的结果。 而且,深度学习应用程序甚至可以使用 16位或8位格式 由于其错误恢复能力

如何使计算机更快,更环保 计算机硬件和软件中的创新设计可以提高能源效率。 (存在Shutterstock)

数值格式越短,用于执行计算的能量就越少。 我们可以设计灵活而精确的计算解决方案,并使用最合适的数字格式运行不同的应用程序,从而提高能源效率。

例如,根据我们的初步实验,使用此灵活的计算解决方案的深度学习应用程序可以将能耗降低15%。 另外,可以将提出的解决方案重新配置为同时执行需要低数值精度的多个操作并提高性能。

物联网有很多希望,但我们还必须考虑处理所有这些数据的成本。 有了更智能,更环保的处理器,我们可以帮助解决环境问题,减缓或减少其对气候变化的贡献。谈话

关于作者

Seokbum Ko,教授, 萨斯喀彻温大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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