211service.com
Trend komputerowy, który zmieni wszystko
Komputery stają się nie tylko tańsze. Staje się bardziej energooszczędny. Oznacza to świat zamieszkany przez wszechobecne czujniki i strumienie nanodanych. 9 kwietnia 2012 r.
Wydajność komputerów wykazała znaczny i stały wzrost, podwajając się co półtora roku od lat 70. XX wieku. Większość ludzi nie wie jednak, że sprawność elektryczna obliczeń (liczba obliczeń, które można wykonać na kilowatogodzinę zużytej energii elektrycznej) również podwajała się co półtora roku od zarania ery komputerów.
Laptopy i telefony komórkowe zawdzięczają swoje istnienie temu trendowi, który doprowadził do szybkiego zmniejszenia energii zużywanej przez urządzenia komputerowe zasilane bateryjnie. Najważniejszym przyszłym efektem jest to, że moc potrzebna do wykonania zadania wymagającego stałej liczby obliczeń będzie nadal spadać o połowę co 1,5 roku (lub współczynnik 100 co dekadę). W rezultacie, nawet mniejsze i mniej energochłonne urządzenia komputerowe będą się mnożyć, torując drogę dla nowych mobilnych aplikacji komputerowych i komunikacyjnych, które znacznie zwiększą naszą zdolność do gromadzenia i wykorzystywania danych w czasie rzeczywistym.
Jako jeden z wielu przykładów tego, co staje się możliwe przy użyciu obliczeń o bardzo niskim poborze mocy, rozważ bezprzewodowe czujniki bez baterii, stworzony przez Joshua R. Smith z University of Washington. Czujniki te zbierają energię z zabłąkanych sygnałów telewizyjnych i radiowych i przesyłają dane ze stacji pogodowej do wewnętrznego wyświetlacza co pięć sekund. Zużywają tak mało energii (średnio 50 mikrowatów), że nie potrzebują żadnego innego źródła zasilania.
Zbieranie przepływów energii w tle, w tym światła otoczenia, ruchu lub ciepła, otwiera możliwość pracy czujników mobilnych bez zewnętrznego źródła zasilania, a to oznacza eksplozję dostępnych danych. Czujniki mobilne poszerzają obietnicę tego, co nazywa Erik Brynjolfsson, profesor zarządzania w MIT nanodane lub dostosowane, szczegółowe dane szczegółowo opisujące cechy osób, transakcji i przepływów informacji.
Jak długo ten trend może się utrzymać? W 1985 r. fizyk Richard Feynman obliczył, że wydajność energetyczna komputerów może wzrosnąć ponad ówczesny poziom o współczynnik co najmniej stu miliardów (1011) i nasze dane wskazują że wydajność urządzeń komputerowych wzrosła jedynie o współczynnik 40 000 od 1985 do 2009 roku. Innymi słowy, ledwo zaczęliśmy wykorzystywać pełny potencjał.
Mówiąc konkretnie, gdyby współczesny MacBook Air działał z wydajnością energetyczną komputerów od 1991 roku, jego w pełni naładowana bateria wystarczyłaby na 2,5 sekundy. Podobnie najszybszy superkomputer na świecie, japoński Fujitsu K z 10,5 petaflopem, obecnie pobiera imponującą moc 12,7 megawatów. To wystarczy, by zasilić średniej wielkości miasto. Ale teoretycznie maszyna dorównująca zdolnościom obliczeniowym K, w ciągu dwóch dekad zużywałaby tylko tyle energii, co toster. Z kolei dzisiejszym laptopom będą dorównywać urządzenia pobierające tylko nieskończenie małą moc.
Zidentyfikowane tutaj zjawisko wpływa na efektywność energetyczną wszystkich urządzeń opartych na krzemie, ale nikt jeszcze nie określił, czy wydajność transmisji danych — na przykład koszt energii dla czujników wysyłania sygnałów bezprzewodowych — postępuje w porównywalnym tempie. Decyzje projektowe dotyczące szybkości przesyłania informacji, częstotliwości komunikacji oraz sposobów, w jakie urządzenia te zmniejszają swoją moc, gdy nie wykonują zadań, mają znaczący wpływ na ogólne zużycie energii elektrycznej przez urządzenia mobilne. Jednak efektem poprawy wydajności w informatyce jest napędzanie innowacji w tych innych obszarach, ponieważ jest to jedyny sposób, aby w pełni uchwycić korzyści płynące z nowych technologii obliczeniowych i wykrywania.
Długoterminowy wzrost efektywności energetycznej obliczeń (i technologii, które to umożliwia) zrewolucjonizuje sposób, w jaki zbieramy i analizujemy dane oraz jak wykorzystujemy je do podejmowania lepszych decyzji. Pomoże internetowi rzeczy stać się rzeczywistością — rozwojem, który ma głębokie implikacje dla rozwoju biznesu i społeczeństwa w nadchodzących dziesięcioleciach. Umożliwi nam bardziej precyzyjne sterowanie procesami przemysłowymi, szybką i skuteczną ocenę wyników naszych działań oraz szybkie przeprojektowanie naszych instytucji i modeli biznesowych w celu odzwierciedlenia nowych realiów. Pomoże nam to również przejść w kierunku bardziej eksperymentalnego podejścia do interakcji ze światem: będziemy mogli testować nasze założenia na rzeczywistych danych w czasie rzeczywistym i modyfikować te założenia zgodnie z dyktando rzeczywistości.
W przeszłości najlepsi informatycy i projektanci układów scalonych koncentrowali się na najnowocześniejszych problemach obliczeń o wysokiej wydajności i bez wątpienia wielu nadal będzie się kusić, aby zająć się tymi problemami. Jednak ciągły postęp w zakresie wydajności energetycznej komputerów przyciąga najlepszych projektantów i inżynierów do rozwiązania nowego rodzaju problemu — określonego przez zintegrowany projekt całego systemu, elegancką oszczędność w korzystaniu z energii elektrycznej i transmisji danych oraz realną możliwość przekształcenia stosunku ludzkości do wszechświata. Ja na przykład jestem zachwycony, widząc, jak podejmują to wyzwanie.
Jonathan Koomey jest autorem, przedsiębiorcą i profesorem konsultingu na Uniwersytecie Stanforda. Jest autorem Zimna gotówka, chłodny klimat: oparte na nauce porady dla ekologicznych przedsiębiorców .
Jeśli wydajność energetyczna przetwarzania danych utrzyma się w historycznym tempie zmian, w ciągu następnej dekady wzrośnie 100-krotnie, co w konsekwencji doprowadzi do ulepszeń w zakresie przetwarzania mobilnego, czujników i elementów sterujących. Jakie nowe zastosowania i produkty mogą stać się możliwe przy tak dużej poprawie wydajności za 10 lat? Jakie inne innowacje byłyby potrzebne, aby takie technologie były wykorzystywane efektywniej?