在计算中,能源使用通常被认为是速度和存储的次要问题,但是随着技术进步的速度和方向,它正在成为一个日益严重的环境问题
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你的智能手机比美国宇航局的电脑强大得多。1969年,尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林登上了月球,但它也是一只能源猪。

在计算中,能源使用通常被认为是速度和存储的次要问题,但是随着技术进步的速度和方向,它正在成为一个日益严重的环境问题。

当加密货币矿业公司Hut8在MedicineHat之外开设加拿大最大的比特币矿业项目时,阿尔伯塔环保主义者敲响了警钟。

这个工厂耗电量是原来的10倍,主要由天然气发电厂生产,比城市里的任何其他设施都重要。

全球地,信息中的温室气体(GHG)排放,通信和技术(ICT)部门预计到2020年,每年将达到相当于14亿吨(十亿公吨)的二氧化碳。.占全球温室气体排放量的2.7%,而且大约是加拿大年温室气体总产量的两倍.

通过设计节能的计算机处理器,我们可以降低能耗,我们可以减少化石燃料发电的地方的温室气体排放。

作为一名专攻计算机体系结构和算术的计算机工程师,我和我的同事相信,这些积极的影响可以在几乎不影响计算机性能或用户方便的情况下实现。

强大的连接


物联网(IOT)由嵌入日常对象的连接计算设备组成,已经产生了积极的经济和社会影响,改变我们的社会,环境和我们的食物供应链会变得更好。

互联网连接的设备增加了数据处理需求和能源消耗。

这些设备正在监测和减少空气污染,改善水资源保护和养活饥饿的世界。

他们也让我们的家庭和企业更有效率,控制恒温器,照明,热水器,冰箱和洗衣机。

已连接设备的数量设置为顶部110亿-不包括电脑和电话-2018年,物联网将创建需要大量计算的大数据。

使计算更节能将节省资金和减少能源使用。它还将允许在计算系统中提供电力的电池变小或运行更长。

此外,计算速度更快,所以计算系统产生的热量会更少。

近似计算


今天的计算系统是为了以高能源成本提供精确的解决方案而设计的。但是许多错误恢复算法,如图像,声音和视频处理,数据挖掘,传感器数据分析和深入学习不需要准确的答案。

计算机硬件和软件的创新设计可以提高能源效率。

这种不必要的准确性和过度的能源消耗是浪费。人类感知存在局限性——我们并不总是需要100%的准确度来满足结果。例如,图像和视频质量的微小变化常常被忽视。

计算系统可以利用这些限制来减少能源使用,而不会对用户体验产生负面影响。“近似计算”是一种有时返回不准确结果的计算技术,使其适用于近似结果足够的应用。

在萨斯喀彻温大学的计算机工程实验室,我们建议设计和实现这些近似计算解决方案,这样他们就可以在软件和硬件之间以最佳方式权衡准确性和效率。

当我们将这些解决方案应用于处理器的核心计算组件时,我们发现耗电量下降了超过50%性能几乎没有下降。

灵活的精度


如今,大多数个人电脑都包含64位标准数字格式。这意味着他们使用64位数字(0或1)来执行所有的计算。

三维图形,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用32位格式完成,并且仍然提供令人满意的结果。此外,深度学习应用程序甚至可以使用16位或8位格式因为他们的错误恢复能力。

数字格式越短,用于计算的能量越少。我们可以设计灵活,确切地说,使用最合适的数值格式运行不同应用程序的计算解决方案,从而提高能源效率。

例如,使用这种灵活的计算解决方案的深入学习应用程序可以减少15%的能耗,根据我们的初步实验。

此外,所提出的解决方案可以重新配置,以同时执行需要低数值精度和提高性能的多个操作。

物联网拥有很多承诺,但我们也必须考虑处理所有这些数据的成本。更聪明,更环保的处理器,我们可以帮助解决环境问题,减缓或减少它们对气候变化的贡献。

作者:肖博姆,教授,萨斯喀彻温大学。这篇文章最初发表在对话.读原文在这里.

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你的智能手机远比1969年将尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林送上月球的美国宇航局计算机强大得多。但它也是一种能源消耗。在计算领域,能源使用通常被认为是速度和存储的次要问题,但是随着…