Didelis kompiuterių ir ryšių technologijų apetitas energijai kelia aiškią grėsmę šiltėjančiam pasaulio klimatui. Taip tiesiai šviesiai įvertino kovo 3-4 d. vykusio intensyvaus dviejų dienų seminaro „Kompiuterijos ir ryšių poveikis klimatui”, kurį surengė MIT Klimato ir tvarumo konsorciumas (MCSC), MIT-IBM Watson AI laboratorija ir Švarcmano kompiuterijos koledžas, pranešėjai.
Virtualiame renginyje vyko turiningos diskusijos ir išryškėjo tarpdisciplininės MIT dėstytojų ir tyrėjų grupės bei įvairių sektorių pramonės lyderių bendradarbiavimo galimybės – tai pabrėžė akademinės bendruomenės ir pramonės atstovų susivienijimo galią.
„Jei ir toliau laikysimės dabartinės skaičiavimo energijos trajektorijos, iki 2040 turėtume pasiekti pasaulio energijos gamybos pajėgumus. Skaičiavimo energijos ir jos poreikis didėja daug sparčiau nei pasaulio energijos gamybos pajėgumai”, – sakė vienas iš seminaro 18 pranešėjų Bilge Yildizas, MIT Branduolinių mokslų ir inžinerijos bei Medžiagų mokslo ir inžinerijos fakultetų profesorius Breene M. Kerr. Ši kompiuterinės energijos prognozė parengta remiantis Puslaidininkių tyrimų korporacijos (Semiconductor Research Corporations) dešimtmečio ataskaita
. Cituoju tik vieną pavyzdį:
. „Mes esame pačioje šio duomenimis paremto pasaulio pradžioje. Tikrai turime pradėti apie tai galvoti ir veikti dabar”, – sakė pranešėjas Evgeni Gousev, „Qualcomm” vyresnysis direktorius.
Naujoviškos energijos vartojimo efektyvumo galimybės
Todėl seminaro pranešimuose buvo nagrinėjama daugybė energijos vartojimo efektyvumo galimybių, įskaitant specializuotą lustų dizainą, duomenų centrų architektūrą, geresnius algoritmus, techninės įrangos modifikacijas ir vartotojų elgsenos pokyčius. Pramonės lyderiai iš AMD, „Ericsson”, „Google”, IBM, „iRobot”, NVIDIA, „Qualcomm”, „Tertill”, „Texas Instruments” ir „Verizon” pristatė savo bendrovių energijos taupymo programas, o MIT ekspertai supažindino su dabartiniais moksliniais tyrimais, kurie galėtų padėti efektyviau naudoti kompiuterius
. Diskusijų temos apėmė įvairias sritis – nuo „Individualios techninės įrangos efektyviems kompiuteriams” iki „Techninės įrangos naujoms architektūroms” ir „Algoritmų efektyviems kompiuteriams”.
Vizualus pokalbio per seminaro sesiją „Energiją taupančios sistemos” vaizdas
Vaizdas: Haley McDevitt
Tikslas, sakė Yildiz, yra daugiau nei milijoną kartų pagerinti su skaičiavimais susijusį energijos vartojimo efektyvumą.
„Manau, kad dalis atsakymo, kaip padaryti skaičiavimus daug tvaresnius, yra susijusi su specializuotomis architektūromis, kurių panaudojimo lygis yra labai aukštas”, – sakė IBM vyresnysis viceprezidentas ir mokslinių tyrimų direktorius Darío Gil, kuris pabrėžė, kad sprendimai turėtų būti kuo „elegantiškesni”.
Pavyzdžiui, D. Gilas iliustravo naujovišką lusto dizainą, kuriame vertikalus krovimas naudojamas siekiant sumažinti atstumą, kurį turi įveikti duomenys, ir taip sumažinti energijos suvartojimą. Stebina tai, kad efektyviau naudojant juostą – tradicinę pirminio duomenų saugojimo laikmeną – ir specializuotus kietuosius diskus (HDD), galima gerokai sumažinti anglies dioksido išmetimą.
Gilas ir pranešėjai Billas Dally, NVIDIA vyriausiasis mokslininkas ir vyresnysis mokslinių tyrimų viceprezidentas, Ahmadas Bahai, „Texas Instruments” techninis direktorius, ir kiti kalbėjo apie saugyklas. Gilas palygino duomenis su plūduriuojančiu ledkalniu, kurio mažesnėje matomoje dalyje galime greitai pasiekti „karštuosius duomenis”, o „šaltieji duomenys”, didžioji povandeninė masė, yra duomenys, kurie toleruoja didesnį vėlavimą. Pagalvokite apie skaitmeninių nuotraukų saugyklą, – sakė Gilas. „Atvirai kalbant, ar tikrai visas tas nuotraukas išgaunate nuolat?” Saugyklose turėtų būti numatytas optimalus HDD derinys karštiems duomenims ir juostų derinys šaltiems duomenims, atsižvelgiant į duomenų prieigos modelius.
Bahai pabrėžė, kad segmentuojant budėjimo režimą ir visą duomenų apdorojimą sutaupoma daug energijos. „Turime išmokti, kaip nieko nedaryti geriau”, – sakė jis. Dally kalbėjo apie tai, kad reikia imituoti, kaip mūsų smegenys pabunda iš gilaus miego: „Galime pažadinti [kompiuterius] daug greičiau, kad nereikėtų jų laikyti įjungtų visu pajėgumu.”
Keli seminaro pranešėjai kalbėjo apie tai, kad kaip būdas pagerinti neuroninių tinklų efektyvumą yra sutelkti dėmesį į „sparsity”, matricą, kurioje dauguma elementų yra nuliai. Arba, kaip sakė Dally: „Niekada neatidėliokite iki rytojaus to, ką galėtumėte atidėti visam laikui”, aiškindamas, kad efektyvumas nėra „didžiausios informacijos gavimas su mažiausiu bitų skaičiumi. Tai gauti daugiausiai su mažiausiai energijos.”
Holistinis ir daugiadisciplininis požiūris
„Mums reikia ir efektyvių algoritmų, ir efektyvios aparatinės įrangos, o kartais reikia kartu kurti ir algoritmą, ir aparatinę įrangą, kad skaičiavimai būtų efektyvūs”, – sakė grupės moderatorius, MIT Elektros inžinerijos ir informatikos katedros (EECS) docentas Song Hanas (Song Han)
. Kai kurie pranešėjai optimistiškai vertino jau diegiamas naujoves. Ericsson” tyrimų duomenimis, net 15 proc. pasaulyje išmetamo anglies dioksido kiekio galima sumažinti naudojant esamus sprendimus, pažymėjo Matsas Pellbäckas Scharpas, „Ericsson” tvarumo skyriaus vadovas. Pavyzdžiui, dirbtinio intelekto srityje GPU yra efektyvesni už CPU, o perėjimas nuo 3G prie 5G tinklų padidina energijos taupymą.
„5G yra pats efektyviausias energijos vartojimo standartas”, – sakė P. Scharpas. „Mes galime sukurti 5G nedidindami energijos suvartojimo.”
Tokios bendrovės kaip „Google” optimizuoja energijos vartojimą savo duomenų centruose tobulindamos dizainą, technologijas ir naudodamos atsinaujinančią energiją. „Penki mūsų duomenų centrai visame pasaulyje veikia beveik arba daugiau nei 90 procentų be anglies dioksido”, – sakė „Google” vyresnysis bendradarbis ir „Google Research” vyresnysis viceprezidentas Džefas Dynas (Jeff Dean)
Vis dėlto, atkreipdamas dėmesį į galimą tranzistorių padvigubėjimo integrinėje schemoje sulėtėjimą, arba Mūro dėsnį, – „Mums reikia naujų metodų, kad patenkintume šią skaičiavimų paklausą”, – sakė AMD vyresnysis viceprezidentas, korporatyvinis bendradarbis ir produktų technologijų architektas Samas Naffzigeris. S. Naffzigeris kalbėjo, kad reikia spręsti našumo „perkrovos” problemą Pavyzdžiui, „pastebime, kad žaidimų ir mašinų mokymosi srityje galime naudoti mažesnio tikslumo matematiką, kad vaizdas atrodytų taip pat gerai naudojant 16bitų skaičiavimus, kaip ir 32bitų skaičiavimus, o dirbtinio intelekto tinklams mokyti vietoj senosios 32b matematikos galime naudoti mažesnės energijos 8b arba 16b skaičiavimus.”
Vizualus pokalbio per seminaro sesiją „Belaidės, tinklinės ir paskirstytos sistemos” vaizdas
Vaizdas: Haley McDevitt
Kiti pranešėjai išskyrė skaičiavimus pakraščiuose kaip pagrindinį energijos šaltinį.
„Mes taip pat turime keisti įrenginius, kurie patenka į mūsų klientų rankas”, – sakė Heidi Hemmer, „Verizon” vyresnioji inžinerijos viceprezidentė. Kai galvojame apie tai, kaip naudojame energiją, įprasta, kad kalbama apie duomenų centrus, tačiau iš tikrųjų viskas prasideda nuo paties įrenginio ir jo naudojamos energijos. Tada galime galvoti apie namų interneto maršrutizatorius, paskirstytus tinklus, duomenų centrus ir mazgus. „Įrenginiai iš tikrųjų yra mažiausiai efektyviai energiją vartojantys įrenginiai”, – padarė išvadą Hemmeris.
Kai kurių pranešėjų požiūriai buvo kitokie. Keletas jų ragino kurti specialius silicio mikroschemų rinkinius, skirtus efektyvumui užtikrinti. Tačiau grupės moderatorė Muriel Medard, Cecil H. Green EECS profesorė, apibūdino MIT, Bostono universiteto ir Maynooth universiteto GRAND (Guessing Random Additive Noise Decoding) mikroschemos tyrimus, sakydama, kad „užuot pasenus mikroschemoms, nes atsiranda naujų kodų ir skirtingų standartų, galima naudoti vieną mikroschemą visiems kodams.”
Kad ir koks būtų lustas ar naujas algoritmas, Helen Greiner, Tertill (ravėjimo roboto) generalinė direktorė ir viena iš iRobot įkūrėjų, pabrėžė, kad norėdami pateikti produktus rinkai, „turime išmokti atsisakyti noro gauti absoliučiai naujausią ir geriausią, pažangiausią procesorių, kuris paprastai yra brangesnis” Ji pridūrė: „Mėgstu sakyti, kad robotų demonstracijų yra dešimtys, bet robotų gaminių yra labai retai.”
Greiner pabrėžė, kad vartotojai gali suvaidinti svarbų vaidmenį reikalaujant efektyvesnio energijos vartojimo gaminių – panašiai kaip vairuotojai pradėjo reikalauti elektromobilių.
Dean taip pat mano, kad galutiniam vartotojui tenka aplinkosauginis vaidmuo.
„Savo debesijos klientams suteikėme galimybę pasirinkti, kuriame debesijos regione jie nori vykdyti savo skaičiavimus, ir jie gali nuspręsti, kaip svarbu, kad jų anglies pėdsakas būtų mažas”, – sakė jis, taip pat paminėdamas kitas sąsajas, kurios galėtų leisti vartotojams nuspręsti, kurie oro skrydžiai yra efektyvesni arba kokį poveikį turėtų saulės baterijos įrengimas jų namuose.
Tačiau Scharpas sakė: „Jei norite sumažinti savo skaitmeninį anglies dioksido pėdsaką, iš tikrųjų geriausia klimato priemonė, kurią galite padaryti, yra pratęsti savo išmaniojo telefono ar planšetinio kompiuterio tarnavimo laiką.”
Susiduriame su didėjančiais poreikiais
Nepaisant jų optimizmo, pranešėjai pripažino, kad pasaulis susiduria su didėjančia skaičiavimų paklausa dėl mašininio mokymosi, dirbtinio intelekto, žaidimų ir ypač blokų grandinės. Grupės moderatorė Vivienne Sze, EECS docentė, atkreipė dėmesį į šį galvosūkį:
„Galime atlikti didelį darbą, kad skaičiavimai ir ryšiai būtų tikrai efektyvūs. Tačiau yra tokia tendencija, kad kai dalykai tampa labai efektyvūs, žmonės jų naudoja daugiau, o tai gali lemti bendrą šių technologijų naudojimo padidėjimą, kuris tada padidins mūsų bendrą anglies dioksido pėdsaką”, – sakė V. Sze.
Pranešėjai įžvelgė didelį akademinės ir pramonės partnerystės potencialą, ypač akademinės pusės mokslinių tyrimų srityje. „Sujungus šias dvi jėgas kartu, galima iš tikrųjų sustiprinti poveikį”, – padarė išvadą Gousev.
Seminare „Kompiuterijos ir ryšių poveikis klimatui” pranešimus taip pat skaitė šie pranešėjai: Džoelis Emeras, MIT EECS praktikos profesorius; Deividas Perreo, MIT EECS profesorius Džozefas F. ir Nensė P. Keitli (Joseph F. and Nancy P. Keithley); Džesis del Alamas (Jesús del Alamo), MIT Donnerio profesorius ir MIT EECS elektros inžinerijos profesorius; Heikė Riel (Heike Riel), IBM mokslinė bendradarbė ir IBM mokslo ir technologijų vadovė; ir Takašis Ando (Takashi Ando), IBM tyrimų skyriaus vyriausiasis mokslo darbuotojas. Seminaro sesijų įrašus galima rasti „YouTube”
