211service.com
Datortrenden som kommer att förändra allt
Datorer blir inte bara billigare. Det blir mer energieffektivt. Det betyder en värld befolkad av allestädes närvarande sensorer och strömmar av nanodata. 9 april 2012
Datorernas prestanda har visat en anmärkningsvärd och stadig tillväxt, och fördubblats varje och ett halvt år sedan 1970-talet. Vad de flesta inte vet är dock att elektrisk verkningsgrad av beräkningar (antalet beräkningar som kan göras per kilowattimme elektricitet som används) har också fördubblats varje och ett halvt år sedan datorålderns gryning.
Bärbara datorer och mobiltelefoner har sin existens tack vare denna trend, som har lett till snabba minskningar av strömförbrukningen av batteridrivna datorenheter. Den viktigaste framtida effekten är att kraften som behövs för att utföra en uppgift som kräver ett fast antal beräkningar kommer att fortsätta att minska med hälften vart 1,5 år (eller en faktor 100 varje årtionde). Som ett resultat kommer även mindre och mindre kraftintensiva datorenheter att växa fram, vilket banar väg för nya mobila datorer och kommunikationsapplikationer som avsevärt ökar vår förmåga att samla in och använda data i realtid.
Som ett av många exempel på vad som blir möjligt med datorer med ultralåg effekt, tänk på trådlösa batterifria sensorer skapad av Joshua R. Smith från University of Washington. Dessa sensorer hämtar energi från herrelösa tv- och radiosignaler och överför data från en väderstation till en inomhusdisplay var femte sekund. De använder så lite ström (50 mikrowatt i genomsnitt) att de inte behöver någon annan strömkälla.
Att skörda bakgrundsenergiflöden, inklusive omgivande ljus, rörelse eller värme, öppnar upp möjligheten för mobila sensorer att fungera på obestämd tid utan någon extern strömkälla, och det innebär en explosion av tillgänglig data. Mobila sensorer utökar löftet om vad Erik Brynjolfsson, professor i management vid MIT kallar nanodata , eller anpassade finkorniga data som i detalj beskriver egenskaperna hos individer, transaktioner och informationsflöden.
Hur länge kan denna trend fortsätta? 1985 beräknade fysikern Richard Feynman att datorers energieffektivitet kunde förbättras över då nuvarande nivåer med en faktor på minst hundra miljarder (1011), och våra data indikerar att effektiviteten hos datorenheter bara steg med ungefär en faktor 40 000 från 1985 till 2009. Med andra ord har vi knappt börjat utnyttja den fulla potentialen.
För att uttrycka saken konkret, om en modern MacBook Air fungerade på samma energieffektivitet som datorer från 1991, skulle dess fulladdade batteri hålla i hela 2,5 sekunder. På samma sätt drar världens snabbaste superdator, Japans 10,5 petaflop Fujitsu K, för närvarande imponerande 12,7 megawatt. Det räcker för att driva en medelstor stad. Men i teorin skulle en maskin som motsvarar K:s beräkningsförmåga, inom två decennier, bara förbruka lika mycket el som en brödrost. Dagens bärbara datorer kommer i sin tur att matchas av enheter som bara drar oändligt liten ström.
Fenomenet som identifieras här driver energieffektiviteten för alla kiselbaserade enheter, men ingen har ännu bestämt om effektiviteten av dataöverföring - energikostnaden för sensorer för att skicka ut trådlösa signaler, till exempel - utvecklas i jämförbara takter. Designval om hastigheten för informationsöverföring, kommunikationsfrekvensen och sätten på vilka dessa enheter minskar sin effekt när de inte utför uppgifter har alla en betydande effekt på den totala elanvändningen för mobila enheter. Men effekten av effektivitetsförbättringar inom datoranvändning är att driva innovationer inom dessa andra områden, eftersom det är det enda sättet att fånga den fulla fördelen av ny dator- och avkänningsteknik.
Den långsiktiga ökningen av energieffektiviteten för datoranvändning (och den teknik som den möjliggör) kommer att revolutionera hur vi samlar in och analyserar data och hur vi använder data för att fatta bättre beslut. Det kommer att hjälpa sakernas Internet att bli verklighet – en utveckling med djupgående konsekvenser för hur företag, och samhället i allmänhet, kommer att utvecklas under de kommande decennierna. Det kommer att göra det möjligt för oss att kontrollera industriella processer med mer precision, att snabbt och effektivt bedöma resultaten av våra handlingar och att snabbt återuppfinna våra institutioner och affärsmodeller för att spegla nya verkligheter. Det kommer också att hjälpa oss att gå mot ett mer experimentellt tillvägagångssätt för att interagera med världen: vi kommer att kunna testa våra antaganden med verklig data i realtid och modifiera dessa antaganden som verkligheten dikterar.
Historiskt sett fokuserade de bästa datavetarna och chipdesignerna på de banbrytande problemen med högpresterande datoranvändning, och utan tvekan kommer många fortfarande att frestas att ta itu med dessa problem. Men kontinuerliga framsteg inom energieffektiviteten för datorer lockar nu toppdesigners och ingenjörer att ta itu med en ny typ av problem – ett som definieras av integrerad design i hela systemet, elegant sparsamhet i användningen av elektricitet och överföringen av data, och den verkliga möjligheten att omvandla mänsklighetens förhållande till universum. Jag, för en, är glad att se dem anta den utmaningen.
Jonathan Koomey är författare, entreprenör och konsultprofessor vid Stanford University. Han är författare till Cold Cash, Cool Climate: Vetenskapsbaserade råd för ekologiska entreprenörer .
Om datorernas energieffektivitet fortsätter sin historiska förändringstakt kommer den att öka med en faktor 100 under det kommande decenniet, med åtföljande förbättringar av mobil datoranvändning, sensorer och kontroller. Vilka nya applikationer och produkter skulle kunna bli möjliga med en så stor effektivitetsförbättring om 10 år? Vilka andra innovationer skulle behövas för att sådan teknik ska kunna användas mer effektivt?