Kaip galime sumažinti pasaulinės kompiuterijos anglies pėdsaką? | MIT naujienos

Aistringas apetitas energijos iš pasaulio kompiuterių ir ryšių technologijų kelia aiškią grėsmę šylančiam Žemės rutulio klimatui. Tai buvo atviras pranešėjų vertinimas intensyviame dviejų dienų seminare „Computing and Communications poveikis klimatui“, vykusiame kovo 3 ir 4 d., kurį surengė MIT klimato ir tvarumo konsorciumas (MCSC), MIT-IBM Watson AI Lab ir Schwarzman koledžas. Kompiuterija.

Virtualaus renginio metu vyko turtingos diskusijos ir buvo pabrėžtos bendradarbiavimo tarpdisciplininės MIT dėstytojų grupės ir tyrėjų bei pramonės lyderių iš kelių sektorių galimybės – tai pabrėžė akademinės bendruomenės ir pramonės susivienijimo galią.

„Jei tęsime esamą skaičiuojamosios energijos trajektoriją, iki 2040 m. turėtume pasiekti pasaulio energijos gamybos pajėgumus. Skaičiavimo energijos ir paklausos didėjimas auga daug greičiau nei pasaulio energijos gamybos pajėgumai“, – sakė Bilge Yildiz, Breene M. Kerr profesorius iš MIT Branduolinio mokslo ir inžinerijos bei Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedrų. iš 18 seminaro vedėjų. Ši skaičiavimo energijos projekcija remiasi Semiconductor Research Corporations dešimtmečio ataskaita.

Pateikiame tik vieną pavyzdį: informacinės ir ryšių technologijos jau sudaro daugiau nei 2 procentus pasaulinės energijos poreikio, o tai prilygsta aviacijos pramonės išmetamų degalų kiekiui.

„Esame pati šio duomenimis pagrįsto pasaulio pradžia. Mums tikrai reikia pradėti apie tai galvoti ir veikti dabar“, – sakė laidos vedėjas Jevgenijus Gousevas, „Qualcomm“ vyresnysis direktorius.

Inovatyvūs energijos vartojimo efektyvumo variantai

Tuo tikslu seminarų pristatymuose buvo nagrinėjama daugybė energijos vartojimo efektyvumo galimybių, įskaitant specializuotą lustų dizainą, duomenų centro architektūrą, geresnius algoritmus, aparatinės įrangos modifikacijas ir vartotojų elgsenos pokyčius. Pramonės lyderiai iš AMD, Ericsson, Google, IBM, iRobot, NVIDIA, Qualcomm, Tertill, Texas Instruments ir Verizon pristatė savo įmonių energijos taupymo programas, o ekspertai iš viso MIT pateikė įžvalgų apie dabartinius tyrimus, kurie galėtų užtikrinti efektyvesnį skaičiavimą.

Skydelių temos svyravo nuo „Tinkinta aparatinė įranga efektyviam skaičiavimui“ iki „Aparatinė įranga naujoms architektūroms“ iki „Veiksmingo skaičiavimo algoritmai“.

Tikslas, sakė Yildiz, yra daugiau nei milijoną kartų pagerinti energijos vartojimo efektyvumą, susijusį su skaičiavimu.

„Manau, kad dalis atsakymo į tai, kaip padaryti kompiuteriją daug tvaresnę, yra susiję su specializuotomis architektūromis, kurių panaudojimo lygis labai aukštas“, – sakė Darío Gil, IBM vyresnysis viceprezidentas ir tyrimų direktorius, pabrėžęs, kad sprendimai turėtų būti tokie. kuo „elegantiškesnis“.

Pavyzdžiui, Gil iliustravo naujovišką lusto dizainą, kuriame naudojamas vertikalus sudėjimas, kad būtų sumažintas atstumas, kurį turi nukeliauti duomenys, ir taip sumažinamos energijos sąnaudos. Keista, tačiau efektyvesnis juostos – tradicinės pirminės duomenų saugojimo terpės – naudojimas kartu su specializuotais standžiaisiais diskais (HDD) gali žymiai sumažinti anglies dvideginio išmetimą.

Gil ir laidų vedėjai Billas Dally, vyriausiasis mokslininkas ir NVIDIA tyrimų vyresnysis viceprezidentas; Ahmadas Bahai, „Texas Instruments“ technologijų vadovas; o kiti nulinę saugyklą. Gil palygino duomenis su plūduriuojančiu ledkalniu, kuriame galime greitai pasiekti mažesnės matomos dalies „karštus duomenis“, o „šalti duomenys“, didelė povandeninė masė, rodo duomenis, kurie toleruoja didesnį delsą. Pagalvokite apie skaitmeninių nuotraukų saugojimą, sakė Gil. „Sąžiningai, ar tikrai nuolat renkate visas tas nuotraukas? Saugojimo sistemose turėtų būti optimizuotas HDD derinys karštiems duomenims ir juostos šaltiems duomenims, remiantis duomenų prieigos modeliais.

Bahai pabrėžė, kad sutaupoma daug energijos, kurią galima sutaupyti segmentuojant parengties režimą ir visą apdorojimą. „Turime išmokti nieko nedaryti geriau“, – sakė jis. Dally kalbėjo apie mėgdžiojimą, kaip mūsų smegenys atsibunda iš gilaus miego: „Galime pabusti [computers] daug greičiau, todėl mums nereikia jų nuolat veikti visu greičiu.

Keletas seminarų pranešėjų kalbėjo apie dėmesį „retumui“, matricai, kurioje daugumos elementų yra nulis, kaip būdą pagerinti neuroninių tinklų efektyvumą. Arba, kaip sakė Dally: „Niekada neatidėliokite rytdienai, kur galėtum atidėti visam laikui“, aiškinimas, kad efektyvumas nėra „daugiausia informacijos gavimas naudojant mažiausiai bitų“. Tai daro daugiausiai su mažiausiai energijos.

Holistinis ir daugiadisciplininis požiūris

„Mums reikia ir veiksmingų algoritmų, ir veiksmingos aparatinės įrangos, o kartais turime kartu kurti ir algoritmą, ir aparatinę įrangą, kad galėtume efektyviai skaičiuoti“, – sakė grupės moderatorius ir Elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo (EECS) katedros docentas Song Hanas. ) MIT.

Kai kurie vedėjai optimistiškai vertino jau vykdomas naujoves. „Ericsson“ tyrimų duomenimis, net 15 procentų anglies dvideginio išmetimo visame pasaulyje galima sumažinti naudojant esamus sprendimus, pažymėjo „Ericsson“ tvarumo vadovas Matsas Pellbäckas Scharpas. Pavyzdžiui, grafiniai procesoriai yra efektyvesni nei CPU, skirti dirbtiniam intelektui, o perėjimas nuo 3G prie 5G tinklų padidina energijos taupymą.

„5G yra labiausiai energiją taupantis standartas“, – sakė Scharpas. „Galime sukurti 5G nedidindami energijos suvartojimo.

Tokios įmonės kaip „Google“ optimizuoja energijos naudojimą savo duomenų centruose tobulindamos dizainą, technologijas ir atsinaujinančią energiją. „Penki mūsų duomenų centrai visame pasaulyje yra veikiančios beveik arba daugiau nei 90 procentų anglies neturinčios energijos“, – sakė Jeffas Deanas, „Google“ vyresnysis bendradarbis ir „Google Research“ vyresnysis viceprezidentas.

Tačiau, nurodydamas galimą tranzistorių padvigubėjimo integrinėje grandinėje sulėtėjimą (arba Moore’o dėsnį), „Mums reikia naujų metodų, kad patenkintume šį skaičiavimo poreikį“, – sakė Samas Naffzigeris, AMD vyresnysis viceprezidentas, įmonės bendradarbis ir gaminių technologijų architektas. Naffzigeris kalbėjo apie tai, kad našumas yra „per didelis“. Pavyzdžiui, „žaidimų ir mašininio mokymosi erdvėje galime naudoti mažesnio tikslumo matematiką, kad gautume vaizdą, kuris atrodo taip pat gerai naudojant 16 bitų skaičiavimus, kaip ir su 32 bitų skaičiavimais, o vietoj senojo 32b. matematikos lavinti AI tinklus, galime naudoti mažesnės energijos 8b arba 16b skaičiavimus.

Kiti pranešėjai išskyrė skaičiavimą pakraštyje kaip svarbiausią energijos šerną.

„Taip pat turime pakeisti įrenginius, kurie patenka į mūsų klientų rankas“, – sakė „Verizon“ inžinerijos vyresnioji viceprezidentė Heidi Hemmer. Kai galvojame apie tai, kaip naudojame energiją, įprasta pereiti prie duomenų centrų, bet iš tikrųjų viskas prasideda nuo paties įrenginio ir įrenginių sunaudojamos energijos. Tada galime galvoti apie namų interneto maršrutizatorius, paskirstytus tinklus, duomenų centrus ir šakotuvus. “Įrenginiai iš tikrųjų yra mažiausiai energijos taupantys”, – padarė išvadą Hemmeris.

Kai kurie pranešėjai turėjo skirtingus požiūrius. Kai kurie ragino sukurti specialius silicio mikroschemų rinkinius, kad būtų užtikrintas efektyvumas. Tačiau grupės moderatorė Muriel Medard, Cecil H. Green EECS profesorius, aprašė MIT, Bostono universitete ir Maynooth universitete atliekamus tyrimus. GRAND (Guessing Random Additive Noise Decoding) lustą, sakydamas: „Užuot pasenę lustai, nes atsiranda nauji kodai ir skirtingi standartai, galite naudoti vieną lustą visiems kodams“.

Kad ir koks būtų lustas ar naujas algoritmas, Helen Greiner, Tertill (ravėjimo roboto) generalinė direktorė ir „iRobot“ įkūrėja, pabrėžė, kad norėdami pateikti produktus į rinką: „Turime išmokti atsisakyti noro gauti absoliučiai naujausią ir geriausią. , pažangiausias procesorius, kuris paprastai yra brangesnis. Ji pridūrė: „Man patinka sakyti, kad robotų demonstracinės versijos yra keliolika centų, tačiau robotų produktai yra labai reti.

Greineris pabrėžė, kad vartotojai gali prisidėti prie efektyvesnių energiją vartojančių gaminių – kaip ir vairuotojai pradėjo reikalauti elektromobilių.

Deanas taip pat mato galutinio vartotojo aplinkosaugos vaidmenį.

„Mes suteikėme galimybę savo debesijos klientams pasirinkti, kuriame debesies regione jie nori atlikti skaičiavimus, ir jie gali nuspręsti, kaip svarbu, kad jie turėtų mažą anglies pėdsaką“, – sakė jis, paminėdamas kitas sąsajas, kurios gali leisti vartotojams apsispręsti. kurie skrydžiai oru yra efektyvesni arba kokią įtaką jų namuose turėtų saulės baterijų įrengimas.

Tačiau Scharpas sakė: „Išmaniojo telefono ar planšetinio kompiuterio naudojimo trukmės pailginimas yra geriausias klimato veiksnys, kurį galite padaryti, jei norite sumažinti savo skaitmeninį anglies pėdsaką“.

Susidūrę su didėjančiais reikalavimais

Nepaisant optimizmo, pranešėjai pripažino, kad pasaulis susiduria su didėjančia mašininio mokymosi, AI, žaidimų ir ypač blokų grandinės skaičiavimo paklausa. Grupės moderatorė Vivienne Sze, EECS docentė, atkreipė dėmesį į mįslę.

„Galime atlikti puikų darbą, kad skaičiavimas ir komunikacija būtų tikrai efektyvūs. Tačiau pastebima tokia tendencija, kad kai viskas yra labai efektyvi, žmonės jo naudoja daugiau, o dėl to gali padidėti šių technologijų naudojimas, o tai padidins mūsų bendrą anglies pėdsaką“, – sakė Sze.

Pranešėjai įžvelgė didelį akademinės ir pramonės partnerystės potencialą, ypač iš akademinių mokslinių tyrimų pastangų. “Sujungę šias dvi jėgas, jūs tikrai galite sustiprinti poveikį”, – padarė išvadą Gousevas.

Kompiuterių ir komunikacijų seminaro Climate Impplications pranešėjai taip pat buvo: Joel Emer, MIT EECS praktikos profesorius; David Perreault, Joseph F. ir Nancy P. Keithley EECS profesorė MIT; Jesús del Alamo, MIT Donner profesorius ir MIT EECS elektros inžinerijos profesorius; Heike Riel, IBM bendradarbis ir IBM mokslo ir technologijų vadovas; ir Takashi Ando, ​​pagrindinis IBM tyrimų darbuotojas. Įrašytas seminarų sesijas galima rasti adresu YouTube.