物聯網可以改善生活質量，但也會消耗大量電力並增加溫室氣體排放。 （存在Shutterstock）
您與伴侶的 智能手機遠比NASA電腦強大 1969年讓尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）和巴斯·奧爾德林（Buzz Aldrin）登上月球，但這也是一種能量豬。 在計算中，能源使用通常被認為是速度和存儲的第二個問題，但是隨著技術進步的速度和方向，它已成為環境關注的焦點。
當加密貨幣採礦公司Hut 8在阿爾塔州梅迪辛哈特（Medicine Hat）以外開設加拿大最大的比特幣採礦項目時，環保人士發出了警報。 該工廠的電耗增加了10倍大部分由天然氣發電廠生產，比該市的任何其他設施都要多。
在全球範圍內，信息，通信和技術（ICT）部門的溫室氣體（GHG）排放量 預測到1.4年每年將達到相當於2020千兆噸（十億公噸）的二氧化碳。 佔全球溫室氣體的2.7％， 大約是加拿大年度溫室氣體總產量的兩倍.
通過設計節能計算機處理器，我們可以減少能源消耗，並且可以減少化石燃料發電所產生的溫室氣體排放。 作為專門從事計算機體系結構和算術的計算機工程師，我和我的同事們相信可以在不影響計算機性能或用戶便利的情況下實現這些積極效果。
強大的連接
物聯網（IoT）由嵌入到日常物品中的互連計算設備組成，已經在帶來積極的經濟和社會影響，使我們的社會，環境和我們的食品供應鏈日臻完善。
這些設備 正在監測和減少空氣污染，改善節水並為飢餓的世界提供食物。 他們還通過控制恆溫器，照明，熱水器，冰箱和洗衣機，使我們的家庭和企業更加高效。
連接互聯網的設備增加了數據處理需求和能源消耗。 （存在Shutterstock）
連接的設備數設置為最高 11十億 物聯網（不包括計算機和電話）將在2018年創建需要大量計算的大數據。
使計算更加節能，將節省資金並減少能源消耗。 它還將允許在計算系統中提供電源的電池更小或更長時間。 另外，計算可以更快地進行，因此計算系統產生的熱量更少。
近似計算
當今的計算系統旨在以高能源成本提供精確的解決方案。 但是，許多具有錯誤恢復能力的算法（例如圖像，聲音和視頻處理，數據挖掘，傳感器數據分析和深度學習）並不需要確切的答案。
這種不必要的準確性和過多的能量消耗是浪費的。 人類的感知是有局限性的-我們並不總是需要100％的準確性來滿足結果。 例如，圖像和視頻質量的細微變化通常不會引起注意。
視頻處理應用程序不需要100％的準確性。 （存在Shutterstock）
計算系統可以利用這些限制來減少能耗，而不會對用戶體驗產生負面影響。 “近似計算”是一種有時會返回不准確結果的計算技術，使其對於近似結果足夠的應用程序很有用。
在薩斯喀徹溫大學的計算機工程實驗室，我們提議設計和實現這些近似的計算解決方案，以便它們可以在軟件和硬件之間最佳地權衡準確性和效率。 當我們將這些解決方案應用於處理器的核心計算組件時，我們發現功耗降低了 超過50％ 性能幾乎沒有下降。
靈活的精度
如今，大多數個人計算機都包含64位標準數字格式。 這意味著他們使用64位數字（零或一）來執行所有計算。
3D圖形，虛擬現實和增強現實需要64位格式才能工作。 但是基本的音頻和圖像處理可以使用32位格式完成，並且仍然可以提供令人滿意的結果。 而且，深度學習應用程序甚至可以使用 16位或8位格式 由於其錯誤恢復能力
計算機硬件和軟件中的創新設計可以提高能源效率。 （存在Shutterstock）
數值格式越短，用於執行計算的能量就越少。 我們可以設計靈活而精確的計算解決方案，並使用最合適的數字格式運行不同的應用程序，從而提高能源效率。
例如，根據我們的初步實驗，使用此靈活的計算解決方案的深度學習應用程序可以將能耗降低15％。 另外，可以將提出的解決方案重新配置為同時執行需要低數值精度的多個操作並提高性能。
物聯網有很多希望，但我們還必須考慮處理所有這些數據的成本。 有了更智能，更環保的處理器，我們可以幫助解決環境問題，減緩或減少其對氣候變化的貢獻。
關於作者
Seokbum Ko，教授， 薩斯喀徹溫大學
