IT обозрение
Среда, 2 июля, 2025
No Result
View All Result
  • Новости
  • Игры
  • Смартфоны
  • Обзоры
  • Софт
  • Криптовалюта
  • ИИ
  • Новости
  • Игры
  • Смартфоны
  • Обзоры
  • Софт
  • Криптовалюта
  • ИИ
No Result
View All Result
IT обозрение
No Result
View All Result
Home Новости

Почему компьютеры потребляют так много энергии

06.11.2018
A A
0
Share on FacebookShare on Twitter

Современные компьютеры из-за своей мощности потребляют достаточно большое количество энергии. Только в США 5% от потребляемой во всей стране энергии приходится на компьютеры. И это не считая систем охлаждения, которые предохраняют вычислительные системы и серверы от перегрева. Задача ученых — понять, как можно повысить энергоэффективность компьютеров и снизить затраты по экономике в целом. «Хайтек» перевел статью Scientific American о проблемах в термодинамическом подходе к оценке эффективности компьютеров и прорывах в области стохастической термодинамики, которые помогут снизить потребление энергии.

Проблемы энергопотребления на примере компьютеров и мозга

ЭТО ИНТЕРЕСНО

Inno3D протестировала NVIDIA RTX 5050 — независимых тестов на релизе опять нет

Inno3D протестировала NVIDIA RTX 5050 — независимых тестов на релизе опять нет

02.07.2025
В сеть слили первый тизер «Одиссеи» — Телемах Тома Холланда ищет отца

В сеть слили первый тизер «Одиссеи» — Телемах Тома Холланда ищет отца

02.07.2025

В настоящее время Microsoft запускает интересную серию экспериментов с элементами электронных устройств. Компания опустила на дно океана герметичный контейнер, наполненный компьютерными серверами. Последнее погружение происходило около Оркнейских островов Шотландии. На борту находилось 864 стандартных сервера для центров обработки данных Microsoft. Многие люди критиковали компанию, потому что неясно — почему Microsoft это делает?

Одна из самых важных причин заключается в том, что гораздо дешевле держать компьютерные серверы на дне моря, в прохладном месте. Это охлаждение никак не вписывается в обычные энергозатраты. Точной цифры нет, но, по некоторым данным, около 5% всего потребления энергии в США идет исключительно на потребление компьютеров, а это огромные затраты на экономику в целом. Более того, вся энергия, используемая этими компьютерами, в конечном итоге превращается в тепло. Это приводит к другим тратам: к улучшениям устройств в целях их защиты от плавления и перегрева.

Эти проблемы возникают не только на цифровых устройствах. Существует много естественных компьютеров, и они тоже требуют огромного количества энергии. Самый яркий пример — мозг человека. Этот компьютер использует около 10–20% всех калорий, потребляемых человеком. Просто задумайтесь: нашим предкам в африканской саванне приходилось находить на 20% больше пищи каждый день, просто чтобы обеспечивать спокойствие этого неблагодарного розового желе, которое повелительно село на их плечи.

Эта потребность добывать на 20% больше пищи была массовым наказанием за репродуктивную пригодность наших предков. Если это наказание, почему разум настолько редок в эволюционной истории? Никто не знает, и никто даже не имел математических ресурсов, чтобы задаться этим вопросом раньше.

Существуют и другие биологические компьютеры, кроме мозга. И они тоже потребляют большое количество энергии. Например, многие клеточные системы можно рассматривать как компьютеры. Действительно, сравнение термодинамических затрат искусственных и клеточных «компьютеров» может быть крайне унизительно для современных компьютерщиков. Но в то же время, например, большая часть энергетического бюджета клетки переходит в трансляцию РНК в последовательности аминокислот (то есть белков) в рибосоме клетки. Но термодинамическая эффективность этого вычисления — количество энергии, требуемое рибосомой на элементарную операцию, во много раз превосходит термодинамическую эффективность наших современных компьютеров. Существуют ли «трюки», которые используют клетки и которые мы могли бы использовать на наших искусственных компьютерах? Возвращаясь к предыдущему биологическому примеру, есть ли уловки, которые человеческий мозг использует для выполнения своих вычислений, которые мы можем использовать на наших ПК?

Неравновесные системы

Если задаться этим вопросом в более общем плане, почему компьютеры используют так много энергии? Каковы основные физические законы, регулирующие связь между точными вычислениями системы и количеством энергии, которые они требуют? Можем ли мы сделать наши компьютеры более энергоэффективными, пересмотрев реализацию их алгоритмов?

Это лишь одна из проблем, которые рассматриваются в исследовательском проекте в Институте Санта-Фе. Ученые оттуда далеко не первые, кто изучает подобные проблемы. Они рассматривались более полутора веков назад. При этом использовались полуформальные рассуждения, основанные на том, что было по существу анализом стиля «от противного», а не строгими математическими аргументами, поскольку математика такого уровня в то время еще была в зачаточном состоянии.

Ранние исследования привели ко многим важным прозрениям, в частности, работам в середине-конце ХХ века Рольфа Ландауэра, Чарльза Беннета и других.

Однако эти исследования также были ограничены тем фактом, что они пытались применить классификацию термодинамических систем в статистической физике для анализа термодинамики компьютеров. Проблема в том, что по определению равновесная система — это та система, состояние которой никогда не меняется. Но компьютеры, безусловно, неравновесные системы. На самом деле они очень далеки от них.

К счастью, за последние несколько десятилетий произошли крупные прорывы в области неравновесной статистической физики, тесно связанные с научной областью, называемой стохастической термодинамикой. И при этом открытия никак не связаны с предыдущими исследованиями. Они позволяют нам анализировать всевозможные вопросы, связанные с изменением тепла, энергии и количества информации в неравновесных системах.

Проникая внутрь сущности вычислений

Новые расчеты дали удивительные прогнозы. Например, теперь мы можем вычислить отличную от нуля вероятность того, что данная наномасштабная система нарушит второй закон термодинамики, уменьшив его энтропию за определенный промежуток времени. Теперь мы понимаем: во втором законе не говорится, что энтропия замкнутой системы не может уменьшаться, а говорится только то, что ее ожидаемая энтропия не может уменьшиться. Здесь нет никаких споров, возникающих из полуформальных рассуждений. Вместо этого в ряде известных журналов есть сотни рецензируемых статей, большая доля которых связана с экспериментальными подтверждениями теоретических предсказаний.

Энтропия — мера необратимого рассеивания энергии, мера отклонения реального процесса от идеального. Термодинамическая энтропия — функция, характеризующая меру необратимой диссипации энергии в ней.

Второй закон термодинамики гласит, что для вселенной в целом энтропия возрастает. Определение второго закона термодинамики опирается на первый закон термодинамики, утверждающий, что энергия убывает.

Теперь, когда есть нужные инструменты для работы, мы можем полностью пересмотреть весь подход к термодинамике вычислений. Это уже сделано для стирания битов, темы, которая была дискуссионной и для Ландауэра, и для других ученых. Теперь появилось полностью обоснованное понимание термодинамических издержек при стирании битов (и оно оказалось удивительно тонким).

Принцип Ландауэра — принцип, сформулированный в 1961 году Рольфом Ландауэром, гласит, что в любой вычислительной системе, независимо от ее физической реализации, при потере одного бита информации выделяется теплота в количестве по крайней мере W Джоулей, где W является произведением константы Больцмана и абсолютной температуры вычислительной системы в Кельвинах. Накладываемые этим принципом ограничения можно обойти путем реализации обратимых вычислений.

Однако программирование и компьютерные науки не ограничиваются только стиранием битов. Благодаря прорывам в области неравновесных систем статистической физики мы теперь можем также исследовать и остальные аспекты с термодинамической точки зрения. Например, переходя от битов к цепям, можно подробно проанализировать термодинамические затраты «линейных электрических цепей». Удивительно, но этот анализ привел к новым знаниям в теории информации. Более того, в отличие от анализа, впервые предложенного Ландауэром, новый анализ термодинамических затрат цепей является точным, а не определяет только нижнюю границу.

Обычная информатика — это знания о компромиссах между ресурсами памяти и количеством временных меток, необходимых для выполнения данного вычисления. При проведении вычислений может быть гораздо больше термодинамических решений, чем казалось ранее, включая термодинамические издержки в дополнение к стоимости ресурсов памяти и количеству временных меток. Такие решения будут применяться как в искусственных, так и в биологических компьютерах.

Ясно, что придется вложить огромное количество инвестиций для развития этой современной «термодинамики вычислений».

Источник: hightech.fm

Читайте так-же

Inno3D протестировала NVIDIA RTX 5050 — независимых тестов на релизе опять нет
Новости

Inno3D протестировала NVIDIA RTX 5050 — независимых тестов на релизе опять нет

02.07.2025
0

Раздел Технологии выходит при поддержке Производитель видеокарт Inno3D обнародовал тесты NVIDIA RTX 5050. Владельцам RTX 4060 8 ГБ незачем бежать...

Read more
В сеть слили первый тизер «Одиссеи» — Телемах Тома Холланда ищет отца

В сеть слили первый тизер «Одиссеи» — Телемах Тома Холланда ищет отца

02.07.2025
Чем пахнет Трамп? Президент США запустил линейку парфюмов, которые можно купить за TRUMP

Чем пахнет Трамп? Президент США запустил линейку парфюмов, которые можно купить за TRUMP

01.07.2025
Плохо ревут: Dodge отзывает все электрические Charger Daytona из-за неправильной имитации грохота ДВС

Плохо ревут: Dodge отзывает все электрические Charger Daytona из-за неправильной имитации грохота ДВС

01.07.2025
Трейлер боевика-антиутопии «Бегущий человек» — Глен Пауэлл в кровавой бойне на выживание

Трейлер боевика-антиутопии «Бегущий человек» — Глен Пауэлл в кровавой бойне на выживание

01.07.2025

ТОП НОВОСТИ

Стратегию «Кризис в Кремле: Холодная война» в очередной раз перенесли — теперь на 11 июля

Стратегию «Кризис в Кремле: Холодная война» в очередной раз перенесли — теперь на 11 июля

02.07.2025
Анонс Red Magic Astra: глобальная версия компактного планшета

Анонс Red Magic Astra: глобальная версия компактного планшета

02.07.2025
Inno3D протестировала NVIDIA RTX 5050 — независимых тестов на релизе опять нет

Inno3D протестировала NVIDIA RTX 5050 — независимых тестов на релизе опять нет

02.07.2025
Remedy не теряет веры в FBC: Firebreak после скромного запуска

Remedy не теряет веры в FBC: Firebreak после скромного запуска

02.07.2025
Анонс Nothing Phone (3) – неказистый "флагман" с китайскими подвохами

Анонс Nothing Phone (3) – неказистый "флагман" с китайскими подвохами

02.07.2025

ПОПУЛЯРНОЕ

  • Clair Obscur: Expedition 33 разошлась тиражом в 500 тысяч копий за сутки

    Clair Obscur: Expedition 33 разошлась тиражом в 500 тысяч копий за сутки

    0 shares
    Share 0 Tweet 0
  • Обзор клавиатуры MechLands Vibe75 – сменные модули экрана и регулятора

    0 shares
    Share 0 Tweet 0
  • Новая Silent Hill, ремастеры и «намек» на геймплей Ghost of Yotei — все, что показали на летней State of Play 2025

    0 shares
    Share 0 Tweet 0
  • Цена Samsung Galaxy S25, S25+ и S25 Ultra в Европе

    0 shares
    Share 0 Tweet 0
  • Коллекция обоев Huawei Pura 70 стала доступна всем желающим [скачать]

    0 shares
    Share 0 Tweet 0
  • Реклама
  • Контакты
  • Политика конфиденциальности
Реклама: digestmediaholding@gmail.com

Использование любых материалов сайта разрешается при условии ссылки на itoboz.com
Интернет-СМИ должны использовать открытую для поисковых систем гиперссылку. Ссылка должна размещаться в подзаголовке или в первом абзаце материала. Редакция может не разделять точку зрения авторов статей и ответственности за содержание републицируемых материалов не несет.

© 2010-2025 IT новости. All Rights reserved

No Result
View All Result
  • Новости
  • Игры
  • Смартфоны
  • Обзоры
  • Софт
  • Криптовалюта

Использование любых материалов сайта разрешается при условии ссылки на itoboz.com
Интернет-СМИ должны использовать открытую для поисковых систем гиперссылку. Ссылка должна размещаться в подзаголовке или в первом абзаце материала. Редакция может не разделять точку зрения авторов статей и ответственности за содержание републицируемых материалов не несет.

© 2010-2025 IT новости. All Rights reserved

wpDiscuz