Internet of Things có thể cải thiện chất lượng cuộc sống, nhưng nó cũng sẽ tiêu thụ một lượng lớn điện và tăng lượng khí thải nhà kính. (Shutterstock)

trên màn hình điện thoại thông minh mạnh hơn nhiều so với máy tính của NASA đã đưa Neil Armstrong và Buzz Aldrin lên mặt trăng vào năm 1969, nhưng nó cũng là một con heo năng lượng. Trong điện toán, sử dụng năng lượng thường được coi là một vấn đề thứ yếu đối với tốc độ và lưu trữ, nhưng với tốc độ và hướng phát triển của công nghệ, nó đang trở thành mối quan tâm về môi trường ngày càng tăng.

Khi công ty khai thác tiền điện tử Hut 8 mở dự án khai thác bitcoin lớn nhất Canada bên ngoài Medicine Hat, Alta., Các nhà môi trường đã gióng lên hồi chuông cảnh báo. Nhà máy tiêu thụ điện gấp 10 lần, phần lớn được sản xuất bởi một nhà máy điện chạy bằng khí đốt tự nhiên, hơn bất kỳ cơ sở nào khác trong thành phố.

Trên toàn cầu, khí thải nhà kính (GHG) từ các ngành thông tin, truyền thông và công nghệ (CNTT-TT) là dự báo sẽ đạt mức tương đương 1.4 gigaton (tỷ tấn) carbon dioxide hàng năm vào năm 2020. Đó là 2.7% GHG toàn cầu và gần gấp đôi tổng sản lượng khí nhà kính hàng năm của Canada.

Bằng cách thiết kế bộ xử lý máy tính tiết kiệm năng lượng, chúng tôi có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng và chúng tôi có thể giảm lượng khí thải GHG ở những nơi có điện từ nhiên liệu hóa thạch. Là một kỹ sư máy tính chuyên về kiến ​​trúc và số học máy tính, tôi và các đồng nghiệp của tôi tự tin rằng những hiệu ứng tích cực này có thể đạt được mà hầu như không ảnh hưởng đến hiệu suất máy tính hoặc sự thuận tiện của người dùng.

Kết nối mạnh mẽ

Internet vạn vật (IoT) - được tạo thành từ các thiết bị điện toán được kết nối được nhúng vào các vật thể hàng ngày - đã mang lại những tác động kinh tế và xã hội tích cực, thay đổi xã hội, môi trường và chuỗi cung ứng thực phẩm của chúng ta tốt hơn.

Những thiết bị này đang theo dõi và giảm ô nhiễm không khí, cải thiện bảo tồn nước và nuôi sống một thế giới đói khát. Họ cũng làm cho nhà và doanh nghiệp của chúng tôi hiệu quả hơn, kiểm soát máy điều nhiệt, ánh sáng, máy nước nóng, tủ lạnh và máy giặt.

Các thiết bị kết nối Internet thêm vào nhu cầu xử lý dữ liệu và tiêu thụ năng lượng. (Shutterstock)

Với số lượng thiết bị được kết nối được đặt lên hàng đầu 11 tỷ - không bao gồm máy tính và điện thoại - năm 2018, IoT sẽ tạo ra dữ liệu lớn đòi hỏi tính toán rất lớn.

Làm cho tính toán hiệu quả năng lượng hơn sẽ tiết kiệm tiền và giảm sử dụng năng lượng. Nó cũng sẽ cho phép pin cung cấp năng lượng trong các hệ thống máy tính nhỏ hơn hoặc chạy lâu hơn. Ngoài ra, các tính toán có thể chạy nhanh hơn, vì vậy các hệ thống máy tính sẽ tạo ra ít nhiệt hơn.

Tính toán gần đúng

Các hệ thống máy tính ngày nay được thiết kế để cung cấp các giải pháp chính xác với chi phí năng lượng cao. Nhưng nhiều thuật toán có khả năng phục hồi lỗi như xử lý hình ảnh, âm thanh và video, khai thác dữ liệu, phân tích dữ liệu cảm biến và học sâu không yêu cầu câu trả lời chính xác.

Sự chính xác không cần thiết này và chi tiêu năng lượng quá mức là lãng phí. Có những hạn chế đối với nhận thức của con người - chúng ta không luôn cần độ chính xác 100% để hài lòng với kết quả. Ví dụ, những thay đổi nhỏ trong chất lượng hình ảnh và video thường không được chú ý.

Các ứng dụng xử lý video không yêu cầu độ chính xác 100%. (Shutterstock)

Các hệ thống máy tính có thể tận dụng những hạn chế này để giảm sử dụng năng lượng mà không có tác động tiêu cực đến trải nghiệm người dùng. Điện toán gần đúng là một kỹ thuật tính toán đôi khi trả về kết quả không chính xác, làm cho nó hữu ích cho các ứng dụng có kết quả gần đúng.

Tại phòng thí nghiệm kỹ thuật máy tính của Đại học Saskatchewan, chúng tôi đang đề xuất thiết kế và thực hiện các giải pháp điện toán gần đúng này, để chúng có thể đánh đổi tối ưu tính chính xác và hiệu quả trên phần mềm và phần cứng. Khi chúng tôi áp dụng các giải pháp này cho một thành phần điện toán lõi của bộ xử lý, chúng tôi thấy rằng mức tiêu thụ năng lượng giảm xuống hơn 50% gần như không giảm hiệu suất.

Độ chính xác linh hoạt

Ngày nay, hầu hết các máy tính cá nhân đều chứa định dạng số chuẩn 64 bit. Điều này có nghĩa là họ sử dụng một số có 64 chữ số (bằng XNUMX hoặc một) để thực hiện tất cả các tính toán.

Đồ họa 3D, thực tế ảo và thực tế tăng cường yêu cầu định dạng 64 bit để hoạt động. Nhưng xử lý âm thanh và hình ảnh cơ bản có thể được thực hiện với định dạng 32 bit và vẫn cung cấp kết quả thỏa mãn. Hơn nữa, các ứng dụng học sâu thậm chí có thể sử dụng Định dạng 16 bit hoặc 8 bit do khả năng phục hồi lỗi của họ

Thiết kế sáng tạo trong phần cứng và phần mềm máy tính có thể cải thiện hiệu quả năng lượng. (Shutterstock)

Định dạng số càng ngắn, càng ít năng lượng được sử dụng để thực hiện phép tính. Chúng ta có thể thiết kế các giải pháp điện toán linh hoạt nhưng chính xác, chạy các ứng dụng khác nhau bằng cách sử dụng định dạng số thích hợp nhất để thúc đẩy hiệu quả năng lượng.

Ví dụ, một ứng dụng học sâu sử dụng giải pháp điện toán linh hoạt này có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng 15%, theo thí nghiệm sơ bộ của chúng tôi. Ngoài ra, các giải pháp được đề xuất có thể được cấu hình lại để thực hiện đồng thời nhiều thao tác đòi hỏi độ chính xác số thấp và cải thiện hiệu suất.

IoT giữ rất nhiều hứa hẹn, nhưng chúng ta cũng phải suy nghĩ về chi phí xử lý tất cả các dữ liệu này. Với bộ xử lý thông minh hơn, xanh hơn, chúng tôi có thể giúp giải quyết các mối quan tâm về môi trường và làm chậm hoặc giảm đóng góp của chúng cho biến đổi khí hậu.

Lưu ý

Seokbum Ko, Giáo sư, Đại học Saskatchewan

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.