L'Internet of Things potrebbe migliorare la qualità della vita, ma consumerà anche grandi quantità di elettricità e aumenterà le emissioni di gas serra. (Shutterstock)

Trasferimento da aeroporto a Sharm lo smartphone è molto più potente dei computer della NASA ciò ha portato Neil Armstrong e Buzz Aldrin sulla luna nel 1969, ma è anche un maiale di energia. Nell'informatica, l'uso di energia è spesso considerato un problema secondario per la velocità e lo stoccaggio, ma con la velocità e la direzione del progresso tecnologico, sta diventando una crescente preoccupazione ambientale.

Quando la società mineraria di criptovaluta Hut 8 ha aperto il più grande progetto di mining di bitcoin in Canada al di fuori di Medicine Hat, in Alta, gli ambientalisti hanno lanciato l'allarme. L'impianto consuma 10 volte più elettricità, in gran parte prodotto da una centrale elettrica alimentata a gas naturale, rispetto a qualsiasi altra struttura della città.

A livello globale, le emissioni di gas a effetto serra (GHG) dei settori dell'informazione, della comunicazione e della tecnologia (TIC) lo sono si prevede che raggiungerà l'equivalente di 1.4 gigatonnellate (miliardi di tonnellate) di biossido di carbonio ogni anno entro il 2020. Questo è il 2.7 per cento dei GHG globali e circa il doppio della produzione annua totale di gas serra del Canada.

Progettando processori per computer efficienti dal punto di vista energetico potremmo ridurre il consumo di energia e ridurre le emissioni di gas a effetto serra nei luoghi in cui l'elettricità proviene da combustibili fossili. Come ingegnere informatico specializzato in architettura informatica e aritmetica, i miei colleghi e io siamo certi che questi effetti positivi possano essere raggiunti senza quasi alcun impatto sulle prestazioni del computer o sulla comodità dell'utente.

Connessioni potenti

L'Internet of Things (IoT) - costituito dai dispositivi informatici connessi integrati in oggetti di uso quotidiano - sta già producendo impatti economici e sociali positivi, trasformando in meglio le nostre società, l'ambiente e le nostre filiere alimentari.

Questi dispositivi stanno monitorando e riducendo l'inquinamento atmosferico, migliorando la conservazione dell'acqua e alimentando un mondo affamato. Stanno anche rendendo le nostre case e le nostre attività più efficienti, controllando termostati, illuminazione, scaldabagni, frigoriferi e lavatrici.

I dispositivi connessi a Internet aumentano le esigenze di elaborazione dei dati e il consumo di energia. (Shutterstock)

Con il numero di dispositivi collegati impostato in alto 11 miliardi - esclusi computer e telefoni - nel 2018 l'IoT creerà grandi quantità di dati che richiedono calcoli enormi.

Rendere il calcolo più efficiente dal punto di vista energetico risparmierebbe denaro e ridurrebbe il consumo di energia. Permetterebbe inoltre alle batterie che forniscono energia ai sistemi di elaborazione di essere più piccole o funzionare più a lungo. Inoltre, i calcoli potrebbero essere eseguiti più rapidamente, quindi i sistemi di elaborazione genererebbero meno calore.

Calcolo approssimativo

I sistemi informatici di oggi sono progettati per offrire soluzioni esatte a costi energetici elevati. Ma molti algoritmi resistenti agli errori come l'elaborazione di immagini, suoni e video, il data mining, l'analisi dei dati dei sensori e l'apprendimento profondo non richiedono risposte esatte.

Questa precisione non necessaria e l'eccessivo dispendio energetico sono dispendiosi. Ci sono limiti alla percezione umana: non sempre abbiamo bisogno del 100% di accuratezza per essere soddisfatti del risultato. Ad esempio, piccoli cambiamenti nella qualità di immagini e video spesso passano inosservati.

Le applicazioni di elaborazione video non richiedono una precisione del 100%. (Shutterstock)

I sistemi informatici possono sfruttare queste limitazioni per ridurre il consumo di energia senza avere un impatto negativo sull'esperienza dell'utente. Il "calcolo approssimativo" è una tecnica di calcolo che talvolta restituisce risultati imprecisi, rendendola utile per le applicazioni in cui un risultato approssimativo è sufficiente.

Al laboratorio di ingegneria informatica dell'Università del Saskatchewan, proponiamo di progettare e implementare queste soluzioni di calcolo approssimative, in modo che possano scambiare in modo ottimale precisione ed efficienza su software e hardware. Quando abbiamo applicato queste soluzioni a un componente informatico principale del processore, abbiamo riscontrato che il consumo di energia è diminuito più del 50% con quasi nessun calo delle prestazioni.

Precisione flessibile

Oggi la maggior parte dei personal computer contiene un formato numerico standard a 64 bit. Ciò significa che usano un numero con 64 cifre (zero o uno) per eseguire tutti i calcoli.

La grafica 3D, la realtà virtuale e la realtà aumentata richiedono il formato a 64 bit per funzionare. Ma l'elaborazione di base di audio e immagini può essere eseguita con un formato a 32 bit e fornire comunque risultati soddisfacenti. Inoltre, possono persino essere utilizzate applicazioni di apprendimento profondo Formati a 16 o 8 bit a causa della loro resilienza agli errori

Design innovativi in ​​hardware e software per computer possono migliorare l'efficienza energetica. (Shutterstock)

Più breve è il formato numerico, meno energia viene utilizzata per eseguire il calcolo. Siamo in grado di progettare soluzioni di elaborazione flessibili, ma precise, che eseguono diverse applicazioni utilizzando il formato numerico più appropriato in modo da promuovere l'efficienza energetica.

Ad esempio, un'applicazione di apprendimento approfondito che utilizza questa soluzione di elaborazione flessibile potrebbe ridurre il consumo di energia del 15%, secondo il nostro esperimento preliminare. Inoltre, le soluzioni proposte possono essere riconfigurate per eseguire contemporaneamente più operazioni che richiedono una bassa precisione numerica e migliorare le prestazioni.

L'IoT ha molte promesse, ma dobbiamo anche pensare ai costi di elaborazione di tutti questi dati. Con processori più intelligenti e più verdi potremmo aiutare a rispondere alle preoccupazioni ambientali e a rallentare o ridurre il loro contributo ai cambiamenti climatici.

L'autore

Seokbum Ko, professore, University of Saskatchewan

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.