展望未来:从计算机到云端的能源效率

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


上个月,麻省理工学院的《技术评论》报道了一项新进展,计算机的能源效率大约每18个月翻一番

这个结论得到了六十年数据的支持,与摩尔定律相呼应,即英特尔创始人戈登·摩尔的观察,计算机处理能力大约每18个月翻一番。但是,随着电池供电设备——手机、平板电脑和传感器——的普及,功耗趋势可能比摩尔定律更重要。

斯坦福大学土木与环境工程咨询教授、首席研究员乔纳森·库米博士的这项发展,在科技博客上引起了广泛的兴奋。我最喜欢的是亚历克西斯·马德里加尔在《大西洋月刊》上做的这个思想实验


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想象一下,你有一台闪亮的新电脑,它与Macbook Air完全相同,只是它的能源效率与20年前的机器一样。那台电脑会消耗如此多的电力,以至于Air的50瓦时电池只能持续2.5秒,而不是Air实际能达到的7小时。也就是说,你需要10,000块Air电池才能让我们的假设机器运行七个小时。你不可能把这样一个庞然大物塞进一个纤薄的邮寄信封里。

有趣。我认为,如果你向前看计算机行业的未来发展方向,事情会变得更有趣。随着iPhone和iPad等设备的出现,计算已经从办公桌转移到我们的口袋里,这很大程度上得益于能源效率的提高。而向基于云计算的计算和数据服务(想想 Wolfram Alpha 或 Netflix)的转变,正在为能源效率创造机会。

最近,我给库米博士发了电子邮件,询问了他的发现(非正式地称为库米定律)以及它如何成为未来创新的主要因素。

在您的论文中,您写道,性能提升的主要驱动力是缩小晶体管尺寸。还有其他技术或创新为性能提升做出了贡献吗?我想到的是片上系统,或者软件中改进的能源管理功能。还是硬件改进是主要驱动力?

最近影响性能的最大创新是转向多核,这使得计算机能够在相同的功率范围内提高性能。当然,这意味着软件设计人员必须重新设计他们的软件以充分利用这一优势,这与最近依赖硬件改进来提高性能的做法大相径庭。

集成技术(如片上系统)当然有助于性能。事实上,集成越来越多的功能(用芯片上的硅代替独立的组件)对电源效率和性能都产生了不小的影响。随着技术的成熟,总体趋势是朝着更高的集成度发展,这都是好事。

改进管理能源的软件(即睡眠和其他低功耗模式)对于影响计算机空闲时的功耗(对于大多数系统来说,大部分时间都是空闲的)非常重要,但我们在论文中没有关注这一点。

您还提到,美国环保署的能源之星计划对办公设备的用电量产生了重大影响,因为笔记本电脑的低功耗创新被应用到了台式电脑中。随着移动设备/手机和平板电脑的快速创新,您是否看到知识从移动设备回流到传统计算机(如笔记本电脑和台式电脑)的类似转移?

看看来自低功耗移动设备的知识是否会反哺到更传统的计算机,这将很有趣。您已经开始看到使用固态硬盘代替标准硬盘的笔记本电脑(如Macbook Air)。有些甚至像手机和平板电脑一样,使用闪存RAM而不是普通RAM。我们只需要看看这种转变发生的速度有多快,但我认为消费者会越来越期望计算机的功能更像基于触摸的平板电脑和手机,而不那么像传统的计算机,这将推动供应商采用更节能的技术,从而实现更高的功能性。

随着消费者越来越依赖数据中心来获得许多服务(Netflix 流媒体、Apple iCloud、Facebook、Google 搜索等),数据中心的能源效率有多重要?数据中心的能源效率方面是否有任何重大突破或创新?

云计算代表了数据中心效率的巨大飞跃。我在这里写了造成这种情况的 4 个原因:http://www.koomey.com/post/8014999803

云提供商具有规模经济、灵活性、多样性以及使用户能够轻松转移到云端的能力,而无需面对其内部 IT 组织所面临的棘手的制度问题。例如,谷歌的数据中心的“开销”约为每千瓦时计算负载 0.15 千瓦时,而对于那些计算不是其核心业务的公司来说,典型的“内部”数据中心更接近于每千瓦时计算负载 0.8 或 0.9 千瓦时。这在能源使用和成本方面都存在巨大差异。

您对哪些技术或创新感到兴奋或期待?您还有什么想补充的吗?

对我来说,最令人兴奋的发展是在移动传感器和控制领域。随着用越来越少的功率进行少量计算成为可能,越来越多的此类应用将变得可行,我们将能够更精细地定制产品以满足消费者的实际需求。我们还将看到数据爆炸式增长,其规模是我们大多没有准备好的,并且在帮助公司筛选这些数据方面将存在机会。这一切都与麻省理工学院的埃里克·布林约尔弗森教授所称的“物联网”的出现有关。

您可以通过访问库米博士的网站 www.koomey.com 来关注他的工作

David Wogan is an engineer and policy researcher who writes about energy, technology, and policy.

David's academic and professional background includes a unique blend of technology and policy in the field of energy systems. Most recently, David worked at Austin Energy, a Texas municipal utility, implementing a Department of Energy stimulus grant related to energy efficiency. Previously, David was a member of the Energy & Climate Change team at the White House Council on Environmental Quality for the Obama Administration.

David holds two Master's degrees from The University of Texas at Austin in Mechanical Engineering and Public Affairs. While at UT, David was a researcher in the Webber Energy Group, where his research focused on advanced biofuel production to offset petroleum use in the transportation sector. David holds a Bachelor's of Science degree in Mechanical Engineering from The University of Texas at Austin, where he researched nuclear non-proliferation measurement technology.

David is a 2013 Aspen Institute Journalism Scholar, joining a select group of journalists from Slate, ABC News, and The New York Times.

David lives in Austin, Texas. Follow along on Twitter or email him at david.wogan@me.com.

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