211service.com
De computertrend die alles zal veranderen
Computeren wordt niet alleen goedkoper. Het wordt steeds energiezuiniger. Dat betekent een wereld bevolkt door alomtegenwoordige sensoren en stromen nanodata. 9 april 2012
De prestaties van computers hebben een opmerkelijke en gestage groei laten zien, met een verdubbeling van elk anderhalf jaar sinds de jaren zeventig. Wat de meeste mensen echter niet weten, is dat de elektrisch rendement van computergebruik (het aantal berekeningen dat kan worden voltooid per kilowattuur verbruikte elektriciteit) is sinds het begin van het computertijdperk ook elk anderhalf jaar verdubbeld.
Laptops en mobiele telefoons danken hun bestaan aan deze trend, die heeft geleid tot een snelle vermindering van het stroomverbruik van computerapparatuur op batterijen. Het belangrijkste toekomstige effect is dat het vermogen dat nodig is om een taak uit te voeren die een vast aantal berekeningen vereist, elke 1,5 jaar met de helft (of een factor 100 per decennium) zal blijven dalen. Als gevolg hiervan zullen nog kleinere en minder energie-intensieve computerapparatuur toenemen, wat de weg vrijmaakt voor nieuwe mobiele computer- en communicatietoepassingen die ons vermogen om gegevens in realtime te verzamelen en te gebruiken enorm vergroten.
Beschouw als een van de vele voorbeelden van wat mogelijk wordt met ultra-low-power computing: draadloze sensoren zonder batterij gemaakt door Joshua R. Smith van de Universiteit van Washington. Deze sensoren halen energie uit verdwaalde televisie- en radiosignalen en verzenden elke vijf seconden gegevens van een weerstation naar een binnendisplay. Ze verbruiken zo weinig stroom (gemiddeld 50 microwatt) dat ze geen andere stroombron nodig hebben.
Het oogsten van achtergrondenergiestromen, inclusief omgevingslicht, beweging of warmte, opent de mogelijkheid dat mobiele sensoren voor onbepaalde tijd werken zonder externe stroombron, en dat betekent een explosie van beschikbare gegevens. Mobiele sensoren vergroten de belofte van wat Erik Brynjolfsson, een professor in management aan het MIT noemt nanodata , of op maat gemaakte fijnmazige gegevens die in detail de kenmerken van individuen, transacties en informatiestromen beschrijven.
Hoe lang kan deze trend aanhouden? In 1985 berekende de natuurkundige Richard Feynman dat de energie-efficiëntie van computers met een factor van ten minste honderd miljard (1011) zou kunnen verbeteren ten opzichte van het dan geldende niveau. onze gegevens geven aan: dat de efficiëntie van computerapparatuur tussen 1985 en 2009 slechts met een factor 40.000 is toegenomen. Met andere woorden, we zijn nog maar nauwelijks begonnen met het benutten van het volledige potentieel.
Concreet gezegd: als een moderne MacBook Air zou werken met de energie-efficiëntie van computers uit 1991, zou de volledig opgeladen batterij 2,5 seconden meegaan. Evenzo trekt 's werelds snelste supercomputer, de Japanse 10,5-petaflop Fujitsu K, momenteel een indrukwekkende 12,7 megawatt. Dat is genoeg om een middelgrote stad van stroom te voorzien. Maar in theorie zou een machine die de rekenkracht van de K evenaart, binnen twee decennia slechts evenveel elektriciteit verbruiken als een broodrooster. De laptops van vandaag zullen op hun beurt worden geëvenaard door apparaten die slechts oneindig weinig stroom verbruiken.
Het hier geïdentificeerde fenomeen stimuleert de energie-efficiëntie van alle op silicium gebaseerde apparaten, maar niemand heeft tot nu toe vastgesteld of de efficiëntie van gegevensoverdracht - de energiekosten voor sensoren voor het verzenden van draadloze signalen, bijvoorbeeld - met vergelijkbare snelheden evolueert. Ontwerpkeuzes over de snelheid van informatieoverdracht, de frequentie van communicatie en de manieren waarop deze apparaten hun vermogen verminderen wanneer ze geen taken uitvoeren, hebben allemaal een significant effect op het algehele elektriciteitsverbruik van mobiele apparaten. Maar het effect van efficiëntieverbeteringen in computing is om innovaties op deze andere gebieden te stimuleren, omdat dat de enige manier is om het volledige voordeel van nieuwe computing- en detectietechnologieën te benutten.
De toename op lange termijn van de energie-efficiëntie van computers (en de technologieën die het mogelijk maakt) zal een revolutie teweegbrengen in de manier waarop we gegevens verzamelen en analyseren en hoe we gegevens gebruiken om betere beslissingen te nemen. Het zal het internet der dingen helpen werkelijkheid te worden - een ontwikkeling met ingrijpende gevolgen voor hoe bedrijven, en de samenleving in het algemeen, zich de komende decennia zullen ontwikkelen. Het zal ons in staat stellen om industriële processen nauwkeuriger te beheersen, de resultaten van onze acties snel en effectief te beoordelen en onze instellingen en bedrijfsmodellen snel opnieuw uit te vinden om nieuwe realiteiten te weerspiegelen. Het zal ons ook helpen op weg te gaan naar een meer experimentele benadering van interactie met de wereld: we zullen in staat zijn om onze aannames in realtime te testen met echte gegevens, en die aannames aan te passen als de realiteit dat dicteert.
Historisch gezien concentreerden de beste computerwetenschappers en chipontwerpers zich op de allernieuwste problemen van high-performance computing, en velen zullen ongetwijfeld nog steeds in de verleiding komen om die problemen aan te pakken. Maar voortdurende vooruitgang in de energie-efficiëntie van computers trekt nu topontwerpers en ingenieurs aan om een nieuw soort probleem aan te pakken - een probleem dat wordt gedefinieerd door een geïntegreerd ontwerp voor het hele systeem, elegante soberheid in het gebruik van elektriciteit en de overdracht van gegevens, en de reële mogelijkheid van het transformeren van de relatie van de mensheid met het universum. Ik ben bijvoorbeeld heel blij dat ze die uitdaging aangaan.
Jonathan Koomey is een auteur, een ondernemer en een consulting professor aan de Stanford University. Hij is de auteur van Koud geld, koel klimaat: op wetenschap gebaseerd advies voor ecologische ondernemers .
Als de energie-efficiëntie van computers zijn historische veranderingssnelheid voortzet, zal deze de komende tien jaar met een factor 100 toenemen, met als gevolg verbeteringen in mobiel computergebruik, sensoren en bedieningselementen. Welke nieuwe toepassingen en producten zouden mogelijk kunnen worden met zo'n grote efficiëntieverbetering over 10 jaar? Welke andere innovaties zijn nodig om dergelijke technologieën effectiever te kunnen gebruiken?