Как можем да намалим въглеродния отпечатък на глобалните компютри? | Новини от MIT


Ненаситният апетит за енергия от световните компютри и комуникационни технологии представлява ясна заплаха за затоплящия се климат на земното кълбо. Това беше грубата оценка на презентаторите в интензивния двудневен семинар за влиянието на компютрите и комуникациите върху климата, проведен на 3 и 4 март, организиран от Консорциума за климат и устойчивост на MIT (MCSC), MIT-IBM Watson AI Lab и Schwarzman College of Компютърни.

Виртуалното събитие включва богати дискусии и подчертава възможности за сътрудничество между интердисциплинарна група от преподаватели на MIT и изследователи и лидери в индустрията в множество сектори – подчертавайки силата на обединяването на академичните среди и индустрията.

„Ако продължим със съществуващата траектория на изчислителна енергия, до 2040 г. се очаква да постигнем световния капацитет за производство на енергия. Увеличаването на изчислителната енергия и търсенето се увеличават с много по-бързи темпове, отколкото нарастването на световния капацитет за производство на енергия“, каза Билге Йълдиз, професор Брийн М. Кер в MIT отделите по ядрена наука и инженерство и материалознание и инженерство, един от 18-те водещи на семинара. Тази изчислителна енергийна проекция черпи от Semiconductor Research Corporations десетилетен доклад.

Да цитирам само един пример: Информационните и комуникационните технологии вече представляват повече от 2 процента от световното енергийно търсене, което е наравно с емисиите на горивото в авиационната индустрия.

„Ние сме самото начало на този свят, управляван от данни. Наистина трябва да започнем да мислим за това и да действаме сега“, каза водещият Евгени Гусев, старши директор на Qualcomm.

Иновативни опции за енергийна ефективност

За тази цел, презентациите на семинара изследваха множество опции за енергийна ефективност, включително специализиран дизайн на чипове, архитектура на центъра за данни, по-добри алгоритми, хардуерни модификации и промени в поведението на потребителите. Лидерите в индустрията от AMD, Ericsson, Google, IBM, iRobot, NVIDIA, Qualcomm, Tertill, Texas Instruments и Verizon очертаха енергоспестяващите програми на своите компании, докато експерти от целия MIT предоставиха представа за текущите изследвания, които биха могли да доведат до по-ефективни изчисления.

Темите на панела варираха от „Персонализиран хардуер за ефективно изчисление“ до „Хардуер за нови архитектури“ до „Алгоритми за ефективно изчисление“, наред с други.

Визуално представяне на разговора в работилницата, подобно на карикатура.

Визуално представяне на разговора по време на сесията на семинара, озаглавена „Енергийно ефективни системи“.

Изображение: Хейли Макдевит

Целта, каза Йълдъз, е да се подобри енергийната ефективност, свързана с компютрите, с повече от милион пъти.

„Мисля, че част от отговора за това как правим изчисленията много по-устойчиви е свързан със специализирани архитектури, които имат много високо ниво на използване“, каза Дарио Гил, старши вицепрезидент и директор на изследователската дейност на IBM, който подчерта, че решенията трябва да бъдат както „елегантен” е възможно.

Например, Гил илюстрира иновативен дизайн на чип, който използва вертикално подреждане, за да намали разстоянието, което данните трябва да изминат, и по този начин намалява консумацията на енергия. Изненадващо, по-ефективното използване на лентата – традиционна среда за първично съхранение на данни – в комбинация със специализирани твърди дискове (HDD), може да доведе до драматични спестявания на емисиите на въглероден диоксид.

Гил и водещи Бил Дали, главен учен и старши вицепрезидент по изследванията на NVIDIA; Ахмад Бахай, главен технически директор на Texas Instruments; а други са насочени към съхранение. Гил сравнява данните с плаващ айсберг, в който можем да имаме бърз достъп до „горещите данни“ на по-малката видима част, докато „студените данни“, голямата подводна маса, представляват данни, които толерират по-висока латентност. Помислете за съхранение на цифрови снимки, каза Гил. „Честно казано, наистина ли извличате всички тези снимки непрекъснато?“ Системите за съхранение трябва да предоставят оптимизирана комбинация от HDD за горещи данни и лента за студени данни въз основа на модели на достъп до данни.

Бахай подчерта значителното спестяване на енергия, постигнато от сегментирането в режим на готовност и пълната обработка. „Трябва да се научим как да не правим нищо по-добре“, каза той. Дали говори за имитация на начина, по който мозъкът ни се събужда от дълбок сън: „Можем да се събудим [computers] се издигат много по-бързо, така че не е нужно да ги караме да работят с пълна скорост.”

Няколко водещи на семинара говориха за фокусиране върху „рядкост“, матрица, в която повечето от елементите са нулеви, като начин за подобряване на ефективността в невронните мрежи. Или както каза Дали: „Никога не отлагайте за утре, където бихте могли да отлагате завинаги“, обяснявайки ефективността не е „получаването на най-много информация с най-малко битове. Прави най-много с най-малко енергия.”

Холистични и мултидисциплинарни подходи

„Нуждаем се както от ефективни алгоритми, така и от ефективен хардуер, а понякога трябва да проектираме съвместно както алгоритъма, така и хардуера за ефективни изчисления“, каза Сонг Хан, модератор на панел и асистент в катедрата по електротехника и компютърни науки (EECS). ) в MIT.

Някои водещи бяха оптимисти за иновациите, които вече са в ход. Според изследването на Ericsson, до 15 процента от въглеродните емисии в световен мащаб могат да бъдат намалени чрез използването на съществуващи решения, отбеляза Матс Пелбак Шарп, ръководител на отдела за устойчивост в Ericsson. Например графичните процесори са по-ефективни от процесорите за изкуствен интелект, а преминаването от 3G към 5G мрежи увеличава спестяването на енергия.

„5G е най-енергийно ефективният стандарт досега“, каза Шарп. „Можем да изградим 5G, без да увеличаваме консумацията на енергия.“

Компании като Google оптимизират използването на енергия в своите центрове за данни чрез подобрен дизайн, технология и възобновяема енергия. „Пет от нашите центрове за данни по целия свят са работещи близо или над 90 процента безвъглеродна енергия“, каза Джеф Дийн, старши сътрудник на Google и старши вицепрезидент на Google Research.

И все пак, посочвайки възможното забавяне на удвояването на транзисторите в интегрална схема – или закона на Мур – „Имаме нужда от нови подходи, за да отговорим на това търсене на изчисления“, каза Сам Нафцигер, старши вицепрезидент на AMD, корпоративен сътрудник и архитект на продуктовите технологии. Нафцигер говори за справяне с „прекомерното“ представяне. Например, „откриваме, че в пространството за игри и машинно обучение можем да използваме математика с по-ниска прецизност, за да предоставим изображение, което изглежда също толкова добре при 16-битови изчисления, както и при 32-битови изчисления, и вместо наследени 32b математика, за да обучаваме AI мрежи, можем да използваме изчисления с по-ниска енергия 8b или 16b.”

Карикатурно представяне на разговора в работилницата.

Визуално представяне на разговора по време на сесията на семинара, озаглавена „Безжични, мрежови и разпределени системи“.

Изображение: Хейли Макдевит

Други водещи посочиха compute на ръба като първостепенна енергийна свиня.

„Ние също така трябва да променим устройствата, които са поставени в ръцете на нашите клиенти“, каза Хайди Хемер, старши вицепрезидент по инженерство във Verizon. Докато мислим за това как използваме енергията, е обичайно да скачаме до центрове за данни – но всъщност започва от самото устройство и енергията, която устройствата използват. След това можем да помислим за домашни уеб рутери, разпределени мрежи, центрове за данни и хъбове. „Устройствата всъщност са най-малко енергийно ефективни от това“, заключи Хемър.

Някои водещи имаха различни гледни точки. Няколко призоваха за разработване на специални силициеви чипсети за ефективност. Въпреки това, модераторът на панела Мюриел Медард, професорът Сесил Х. Грийн в EECS, описа изследвания в Масачузетския технологичен институт, Бостънския университет и университета Мейнут относно ГРАНДИОЗЕН (Отгатване на произволно адитивно декодиране на шум), казвайки, „вместо да има остаряване на чиповете, тъй като новите кодове идват и в различни стандарти, можете да използвате един чип за всички кодове.“

Какъвто и да е чипът или новият алгоритъм, Хелън Грейнър, главен изпълнителен директор на Tertill (робот за плевене) и съосновател на iRobot, подчерта, че за да пуснем продуктите на пазара, „Трябва да се научим да се отдалечаваме от желанието да получим абсолютно най-новото и най-доброто , най-модерният процесор, който обикновено е по-скъп.” Тя добави: „Обичам да казвам, че демонстрациите на роботи са дузина стотинка, но продуктите за роботи са много рядки.“

Грейнър подчерта, че потребителите могат да играят роля в настояването за по-енергийно ефективни продукти – точно когато шофьорите започнаха да търсят електрически автомобили.

Дийн също вижда екологична роля за крайния потребител.

„Ние позволихме на нашите облачни клиенти да изберат в кой облачен регион искат да извършват изчисленията си и те могат да решат колко важно е, че имат нисък въглероден отпечатък“, каза той, цитирайки също други интерфейси, които могат да позволят на потребителите да решат кои въздушни полети са по-ефективни или какво въздействие би имало инсталирането на соларен панел в дома им.

Въпреки това, Шарп каза: „Удължаването на живота на вашия смартфон или таблет е наистина най-доброто действие за климата, което можете да направите, ако искате да намалите своя цифров въглероден отпечатък.

Изправени пред нарастващи изисквания

Въпреки оптимизма си, презентаторите признаха, че светът е изправен пред нарастващо търсене на изчисления от машинно обучение, AI, игри и особено блокчейн. Модераторът на панела Вивиен Се, доцент в EECS, отбеляза загадката.

„Можем да свършим страхотна работа, за да направим изчисленията и комуникацията наистина ефективни. Но има тази тенденция, че след като нещата са много ефективни, хората използват повече от него и това може да доведе до общо увеличаване на използването на тези технологии, което след това ще увеличи общия ни въглероден отпечатък“, каза Се.

Презентаторите видяха голям потенциал в академичните/индустриалните партньорства, особено от изследователските усилия от академична страна. „Като комбинирате тези две сили заедно, можете наистина да усилите въздействието“, заключи Гусев.

Презентатори на семинара за последиците от изчисленията и комуникациите върху климата също включват: Джоел Емер, професор по практиката в EECS в MIT; Дейвид Перо, професор Джоузеф Ф. и Нанси П. Кийтли по EECS в MIT; Хесус дел Аламо, MIT Donner професор и професор по електротехника в EECS в MIT; Хайке Риел, сътрудник на IBM и ръководител на науката и технологиите в IBM; и Такаши Андо, главен изследователски персонал в IBM Research. Записаните работни сесии са достъпни на YouTube.