Ученые из Санта-Фе решат проблему энергонеэффективных компьютеров с помощью термодинамики

Ученые из Санта-Фе решат проблему энергонеэффективных компьютеров с помощью термодинамики

10.11.2018     

В мире огромное количество электроэнергии потребляют компьютеры. Только в США 5% от используемого электричества идет именно на нужды машин, утверждают ученые из института Санта-Фе. При этом не учитываются вторичные расходы: например, на охлаждение компьютеров. 

Но сделать компьютеры более энергоэффективными можно: для этого команда ученых решила углубиться в термодинамику вычислений. 

Энергопотребление на примере биологических систем

Проблема избыточного потребления энергии возникает не только у искусственных цифровых компьютеров. Существует множество естественных систем, сходных по этому параметру с машинами. Примером тому может служить мозг человека. Он использует 10-20% калорий, потребляемых человеком. Потребность в большем количестве пищи является платой за развитие абстрактного мышления.

Клеточные системы также можно рассматривать с точки зрения вычислительных технологий. Но их термодинамические затраты оказываются эффективнее, чем у самых современных компьютеров: энергетический бюджет расходуется при переводе РНК в последовательность белков. Процесс синтеза обеспечивает жизнедеятельность организма, а эффективность этих биологических вычислений оказывается на много порядков выше, чем у компьютеров. 

Какие законы физики регулируют связь между точным вычислением системы и количеством энергии, в которой она нуждается? Можно ли сделать компьютеры более эффективными, по-новому взглянув на реализацию их алгоритмов?

 

 

Неравновесные термодинамические системы

На эти вопросы пытаются ответить ученые из исследовательского проекта по изучению термодинамики вычислений института Санта-Фе. Но они оказались не первыми, кого взволновала эта проблема. Полтора века исследователи из различных областей науки обращались к проблемам энергоэффективности вычислительных систем, используя лишь формальную логику и анализ «от противного», так как математика в то время не была достаточно зрелой. Это привело ко многим открытиям, в том числе работам Рольфа Ландауэра и Чарльза Беннета.

Однако они были ограничены тем, что пытались применить равновесную статистическую физику для анализа термодинамики компьютеров. Но компьютеры – неравновесные системы, то есть, их состояние никогда не остается неизменным.

За последние десятилетия произошли крупные прорывы в области неравновесной статистической физики, которые позволили анализировать процессы изменения тепла, энергии и информации в неравновесных системах.

Термодинамика вычислительных процессов

Научные открытия позволили вычислить отличную от нуля вероятность того, что определенная система нарушит второй закон термодинамики, уменьшив его энтропию за определенный промежуток времени. 

Энтропия – мера необратимого рассеивания энергии, мера отклонения реального процесса от идеального.

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 у исследователей есть инструменты для работы, чтобы пересмотреть всю тему термодинамики вычислений. Это уже сделано для проблемы стирания битов информации, темы, которая так интересовала Ландауэра.

Принцип Ландауэра – предположение, что существует ограничение на минимальные энергетические затраты, необходимые для выполнения вычислений. Его высказал в 1961 году сотрудник IBM Рольф Ландауэр.

 

 

Однако компьютерная наука простирается далеко за пределы проблемы бит-стираний в этом вычислении. Благодаря прорывам неравновесной статистической физики ученые могут исследовать вычислительные системы с термодинамической точки зрения. Переходя от отдельных бит к более сложным схемам, исследователи проанализировали термодинамические затраты «линейных электрических цепей». Этот анализ привел к новым решениям в теории информации.

Информатику можно определить как науку о компромиссах между ресурсами памяти и количеством времени для выполнения вычисления. В свете вышесказанного кажется, что при проведении вычислений может быть гораздо больше термодинамических компромиссов. Такие компромиссы будут применяться как на искусственных, так и на биологических компьютерах.

Но для развития этой «термодинамики вычислений» как науки придется проделать еще огромное количество работы.



Источник: https://infostart.ru/journal/news/tekhnologii/uchenye-iz-santa-fe-reshat-problemu-energoneeffektivnykh-kompyuterov-s-pomoshchyu-termodinamiki_937805/
Автор:
Сергей Кравченко Обозреватель


Актуальна ли проблема энергоэффективности компьютеров для вашей компании?


Да, очень актуальна (41.67%, 5 голосов)
41.67%
Не очень (25%, 3 голосов)
25%
Вообще не актуальна (33.33%, 4 голосов)
33.33%

Комментарии
В избранное Подписаться на ответы Сортировка: Древо развёрнутое
Свернуть все
1. DmitriyV 10.11.18 11:02 Сейчас в теме
У нас круглосуточно включены компьютеры
2. YanTsys 12 10.11.18 19:12 Сейчас в теме
(1) но при этом автоматически уходят в спящий режим?
3. DmitriyV 11.11.18 02:37 Сейчас в теме
(2) нет. Можно подключиться через удаленный доступ
4. YanTsys 12 12.11.18 18:40 Сейчас в теме
(3) Гринписок на вас нет :))) Хоть гашение мониторов срабатывает? Когда никто не подключен экраны выключаются?
5. DmitriyV 15.11.18 14:05 Сейчас в теме
(4) да, мониторы гасятся. Выключение компьютера негативно влияет на жёсткий диск. Каждый цикл выключения и включения, по измерениям производителей, сокращает его жизнь примерно на 40 часов. Более того, некоторые эксперты уверяют, что его вообще не надо выключать, поскольку электронные компоненты в работающем ПК нагреваются и, следовательно, расширяются, а в выключенном - остывают и сжимаются. Частая смена этих фаз ведет к износу машины. Большинство повреждений электронной техники вообще, и персональных компьютеров в частности, происходит именно в моменты ее включения и выключения. Особенно опасен момент включения. Вообще для электроники – из-за так называемых «бросков» электрического тока и теплового расширения электронных компонентов – именно включение – потенциальная «маленькая смерть»! Поэтому не стоит злоупотреблять частыми выключениями/включениями персонального компьютера
6. YanTsys 12 15.11.18 21:48 Сейчас в теме
(5) Красиво аргументируете :) Спасибо, пригодится если встанет вопрос почему я сам, не выключаю :) хотя на самом деле основной причиной является скорость вливания в рабочий процесс. Когда все окна находятся в том же виде что и оставлял, легче утром продолжить выполнять все задачи с того места на котором прервался вчера.
Оставьте свое сообщение

См. также

Представлен GitLab 13.7: автооткат при сбоях и улучшенная проверка мердж-реквестов

Новость git Автоматизация ИТ-новость Новости компаний

Компания GitLab выпустила новый релиз платформы для работы с Git-репозиториями. В GitLab 13.7 добавили 45 новых функций, в том числе автоматический откат при сбоях и инструмент проверяющих для запросов на слияние.

вчера в 11:28    1216    user1015646    0       

Red Hat заменит CentOS бесплатной Red Hat Enterprise Linux

Новость Linux ИТ-новость

Red Hat в декабре объявила о прекращении поддержки CentOS 8 в 2021 году. Это вызвало волну негодования среди разработчиков, но теперь всё встало на свои места: компания представила бесплатные версии Red Hat Enterprise Linux для команд.

21.01.2021    1505    user1015646    0       

Российские исследователи представили новый фреймворк для работы с большими данными

Новость Аналитика Искусственный интеллект ИТ-новость

Специалисты Национального центра когнитивных разработок ИТМО представили платформу, которая упростит создание моделей технологических и бизнес-процессов. Она поможет принимать эффективные управленческие решения в условиях отсутствия полных данных.

21.01.2021    1184    user1015646    2       

Конец Flash: Adobe стала блокировать динамический контент

Новость Интернет ИТ-новость

Компания Adobe блокирует Flash-контент на веб-сайтах, которые используют Flash Player. Разработчик больше не поддерживает устаревшую и небезопасную технологию.

21.01.2021    1290    user1015646    0       

Новая система находит ошибки при разработке ПО в режиме реального времени

Новость Автоматизация ИТ-новость

Специалисты исследовательской группы SOM Research Lab разработали инструмент проверки моделей программного обеспечения, который находит ошибки непосредственно в процессе создания модели, а не после ее завершения.

20.01.2021    1961    user1015646    0       

Искусственный интеллект научился обыгрывать людей, не зная правил игры

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Британская компания DeepMind представила новую разработку в сфере искусственного интеллекта. Система MuZero успешно обыгрывает опытных спортсменов и геймеров, даже не зная правил игры.

20.01.2021    1770    user1015646    2       

Тетрис помог повысить заполняемость отелей

Новость Автоматизация ИТ-новость

Алгоритм RoomTetris, разработанный исследователями из LION Laboratory (Learning and Intelligent Optimization) – Лаборатории обучения и интеллектуальной оптимизации, избавит отельеров от овербукинга. Вдохновением для ученых послужила игра «Тетрис».

19.01.2021    1457    user1015646    5       

Нейросеть научили создавать изображения по текстовому описанию

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Разработчики компании OpenAI представили нейронную сеть DALL-E. Она анализирует англоязычный текст и создает изображения на его основе.

19.01.2021    1666    user1015646    0       

Разработчики портируют Linux на Mac с процессором M1

Новость Linux Микроэлектроника

Компания Apple представила первые компьютеры на базе процессоров M1 собственной разработки. Разработчик Гектор Мартин решил создать сборку Linux специально для этих компьютеров. 

18.01.2021    1002    user1015646    4       

10 стартапов в области машинного обучения, за которыми стоит следить в 2021 году

Новость Искусственный интеллект Стартапы

По данным Crunchbase, в 2020 году компании, связанные с искусственным интеллектом и машинным обучением, получили рекордное финансирование – 28 млрд долларов. Представляем список из 10 самых перспективных стартапов в этой области.

18.01.2021    1385    SKravchenko    0       

Fujifilm и IBM создали ленточный накопитель с рекордным объемом памяти

Новость Дата-центры ИТ-новость Облачные технологии

Fujifilm и IBM повысили емкость ленточных накопителей до рекордных 580 терабайт информации. Это значительно превосходит максимальную емкость SSD – 100 ТБ и жестких дисков – 30 ТБ.

13.01.2021    1406    user-programmist    0       

Эксперты назвали 10 навыков для ИТ-специалистов, которые обеспечат прибавку к зарплате

Новость Автоматизация Аналитика Искусственный интеллект ИТ-новость

Зарплаты в ИТ-сфере – одни из самых высоких, и у специалистов здесь существует масса возможностей для роста. Специалисты компании Burning Glass определили, какими навыками должны обладать сотрудники, нацеленные на максимальную прибавку к зарплате.

12.01.2021    1581    user1015646    2       

Против монополии: Apple получила патент на поисковый алгоритм

Новость ИТ-новость Новости компаний

Apple начала активно разрабатывать собственную поисковую систему. Из-за возможных антимонопольных санкций США против Google компания Тима Кука может лишиться возможности пользоваться сервисами поискового гиганта.

11.01.2021    861    VKuser24342747    0       

FreeBSD перевела репозиторий на Git

Новость Linux GitHub ИТ-новость

FreeBSD откажется от использования системы контроля версий Subversion (SVN) и перейдет на Git. Об этом в рассылке объявил разработчик Уорнер Лош.

30.12.2020    1476    user1015646    0       

Вышла бета-версия Go 1.16

Новость ИТ-новость Языки программирования

Предстоящее обновление языка программирования Go 1.16 с открытым исходным кодом включает поддержку процессора Apple, улучшения базовой библиотеки и среды выполнения. Релиз стабильной версии намечается на февраль 2021 года.

30.12.2020    1856    SKravchenko    0       

Microsoft позволит создавать пользовательские функции в Excel

Новость Infostart Software Partners Маркет

В Excel появилась новая функция – LAMBDA – для превращения пользовательских формул в многоразовые функции. Пользователи смогут создавать правила для управления данными внутри Excel, так же, как и в любом другом языке – Java, PHP или Python.

29.12.2020    2275    SKravchenko    2       

Microsoft и МТС планируют совместно развивать российский интернет вещей

Новость ИТ-новость Телекоммуникации Цифровая экономика

МТС и Microsoft договорились совместно развивать российский интернет вещей путем интеграции платформы для разработки решений интернета вещей Microsoft Azure IoT Central и сети интернета вещей NB-IoT МТС.

28.12.2020    1301    user-programmist    1       

Bloomberg оценил компанию JetBrains в $7 млрд

Новость ИТ-новость

По данным Bloomberg Billionaires Index, стартап JetBrains стоит около 7 млрд. долларов. В отличие от технологических компаний, которые продают акции для поддержки развития, руководители JetBrains не полагаются на средства венчурных капиталистов.

28.12.2020    1404    SKravchenko    0       

Cloudflare станет хостинг-провайдером для статических сайтов JAMstack

Новость Интернет ИТ-новость

Cloudflare запустила сервис Pages для создания сайтов при помощи подхода JAMstack. Веб-ресурсы, разработанные при помощи платформы, будут опубликованы в существующей сети провайдера CDN.

25.12.2020    1197    VKuser24342747    0       

GitHub откажется от аутентификации по логину и паролю

Новость GitHub ИТ-новость

Крупнейший хостинг репозиториев кода GitHub пересмотрит политику аутентификации. Пароли перестанут поддерживать – их полностью заменят токены и SSH-ключи.

24.12.2020    1300    user1015646    2       

В Telegram появятся платные функции

Новость ИТ-новость Мессенджеры

Основатель Telegram Павел Дуров рассказал о будущем мессенджера. Команда разработчиков планирует внедрить платные функции, чтобы компенсировать расходы на развитие сервиса.

23.12.2020    1542    user1015646    0       

Составлен рейтинг приложений для предустановки на смартфоны и умные ТВ

Новость Импортозамещение ИТ-новость

Минцифры опубликовало рейтинг приложений, которые с большой вероятностью будут рекомендованы для предустановки на смартфоны и Smart TV. Самые популярные варианты в различных категориях отобрали из более чем 100 заявок от разработчиков.

23.12.2020    1504    user1015646    4       

Microsoft запатентовала технологию оценки эффективности совещаний

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Microsoft реализует системы мониторинга сотрудников для оценки производительности организации. Одно из последних решений компании – вычислительная система Meeting Insight от Microsoft, которая способна создать «оценку качества» проведенного совещания.

22.12.2020    1888    capitan    1       

Octoverse 2020: GitHub опубликовал главный отчет года

Новость GitHub ИТ-новость

Крупнейший хостинг репозиториев кода GitHub назвал 2020-й «годом экстраординарных изменений». Переход на удаленку повысил продуктивность работы команд и позволил уделять больше времени проектам с открытым исходным кодом.

22.12.2020    1918    user1015646    0       

Автогигант Hyundai купит Boston Dynamics

Новость ИТ-новость Робототехника

Производитель самых известных роботов в мире сменил владельца. Компанию Boston Dynamics приобрел корейский автомобильный концерн Hyundai.

21.12.2020    1970    user1015646    3