Principe: Energie-efficiëntie
De inhoud van deze video is nog steeds geldig, maar de principenummers kunnen verschillen als gevolg van de hernummering van het principe van de Green Software Foundation.
Elektriciteit en koolstof
De meeste mensen denken dat elektriciteit schoon is. Als we iets in een muur steken, worden onze handen niet vuil en hebben onze laptops geen uitlaatpijpen nodig. De waarheid is echter dat de meeste elektriciteit wordt geproduceerd door het verbranden van fossiele brandstoffen (meestal kolen) en de energietoevoer de belangrijkste oorzaak van koolstofuitstoot is.
Omdat we een directe lijn van elektriciteit naar koolstofuitstoot kunnen trekken, kunnen we overwegen dat elektriciteit een van de proxy's voor koolstof is.
Van de toepassingen die op uw smartphone worden uitgevoerd tot het trainen van machine learning-modellen die worden uitgevoerd in datacenters, verbruikt alle software elektriciteit in de uitvoering. Een van de beste manieren om het elektriciteitsverbruik te verminderen en de volgende koolstofvervuilingsemissies van onze software is om onze toepassingen energie-efficiënter te maken.
Deze kennis is waarom een belangrijk principe van Duurzame Software Engineering is het bouwen van toepassingen die energie-efficiënt zijn.
Als duurzame engineers moeten we elektriciteit begrijpen. Onze reis begint niet met de computer; het begint met hoe de elektriciteit die onze computers aangeeft, wordt gemaakt.
Energie versus macht
Energie meet de hoeveelheid gebruikte elektriciteit; de standaardeenheid voor Energie is Joules of J. Kilowatturen of kWh is echter een andere gebruikelijke manier om te verwijzen naar energieverbruik.
Elektriciteit wordt vaak gerapporteerd als energie of energie, die twee verschillende concepten zijn:
Energie = Energie ✕ Tijd
Energie is de totale hoeveelheid elektriciteit die wordt gebruikt; de standaardeenheid voor Energie is Joules of J.
Energie is het verbruik van elektriciteit per tijdseenheid; de standaardeenheid van het vermogen is Watt of W. Eén Watt is 1 Joule per seconde.
Een veelvoorkomende manier om te verwijzen naar energieverbruik is Power over een tijdseenheid, zoals Watt-seconden of Kilowatturen. Bijvoorbeeld:
20 Watt-seconden of
20 Wsis de hoeveelheid energie die je zou krijgen als20 Whet één seconde wordt uitgevoerd. Aangezien 1 Watt 1 Joule per seconde is, is deze waarde 20 Joules.20 kilowatturen of
20 kWhis de energie die je zou krijgen als 20.000 Watt gedurende één uur liep.Energy = 60 X 60 X 20,000 = 72,000,000 Joules = 72 Megajoules (72 MJ)
Evenredigheid van energie
Het gebruik meet hoeveel van de resources van een computer worden gebruikt, wat meestal wordt weergegeven als een percentage. Een niet-actieve computer heeft een laag gebruikspercentage en wordt niet gebruikt. Een computer met maximale capaciteit heeft een hoog percentage en wordt volledig gebruikt.
Evenredigheid van energie is een maateenheid voor de relatie tussen het vermogen dat in een computersysteem wordt verbruikt en de snelheid waarmee nuttige werkzaamheden worden uitgevoerd (het gebruik ervan). Als het totale energieverbruik evenredig is met het gebruik van de computer, is het energie proportioneel.
In een energie-proportioneel systeem is de energie-efficiëntie een constante; ongeacht het gebruik blijft de energie-efficiëntie hetzelfde. De energie-efficiëntie van hardware is echter niet constant. Deze varieert op basis van context. Vanwege de complexe interacties van veel verschillende hardwareapparaatonderdelen kan het niet-lineair zijn, wat betekent dat de relatie tussen macht en gebruik niet proportioneel is.
Bij gebruik van 0% tekent 100 Wde computer nog steeds ; bij 50% gebruik, trekt 180 Whet , en bij 100% gebruik trekt 200 Wde computer . De relatie tussen energieverbruik en gebruik is niet lineair en de oorsprong wordt niet overschreden.
Door deze relatie, hoe meer u een computer gebruikt, hoe efficiënter het wordt bij het converteren van elektriciteit naar nuttige rekenbewerkingen. Het uitvoeren van uw werk op zo weinig mogelijk servers met de hoogste gebruikssnelheid maximaliseert hun energie-efficiëntie.
Statische stroom tekenen
Er zijn verschillende redenen voor dit gebrek aan evenredigheid van energie, waarvan een statische machtstrekking is.
Een niet-actieve computer, zelfs bij nul procent gebruik, trekt nog steeds elektriciteit op. Deze statische stroomtrekking varieert per configuratie- en hardwareonderdelen, maar alle onderdelen hebben een statische stroomstroom. Deze potentiële stroomtrekking is een van de redenen waarom pc's, laptops en mobiele apparaten energie-besparingsmodi beschikbaar hebben. Als het apparaat niet actief is, wordt uiteindelijk een sluimerstand geactiveerd, waardoor de schijf en het scherm in de slaapstand worden gezet of zelfs de CPU-frequentie wordt gewijzigd. Deze energie-besparingsmodi besparen op elektriciteit, maar hebben andere afwegingen, zoals een tragere herstart wanneer het apparaat wakker wordt.
Servers zijn doorgaans niet geconfigureerd voor agressieve of zelfs minimale energiebesparing. Veel servergebruiksscenario's vragen zo snel mogelijk volledige capaciteit als reactie op snel veranderende eisen. Dit scenario kan veel servers in de niet-actieve modus laten staan tijdens perioden met lage vraag. Een niet-actieve server kost zowel ingesloten koolstof als het inefficiënte gebruik.
Kloksnelheid
Kloksnelheid (frequentie) is de bedrijfssnelheid van een computer of de microprocessor, uitgedrukt in cycli per seconde (megahertz). Consumentenapparaten passen de kloksnelheid van computerapparaten vaak dynamisch aan om meer evenredigheid van energie te bereiken.
Kloksnelheid geeft aan hoe snel een computer instructies kan uitvoeren.
De energie-efficiëntie van microprocessors verandert met kloksnelheid; hoge kloksnelheden zijn vaak minder energie-efficiënt dan lage kloksnelheden. In het I7-3770K-systeem kunt u bijvoorbeeld uitvoeren op 3.5 GHz voor 50 W, of ongeveer 5 GHz voor 175 W. Voor een toename van de kloksnelheid van ongeveer 40% is 3✕ stroomtoename vereist.>
Het verminderen van de kloksnelheid in tijden van laag gebruik kan de energie-efficiëntie verhogen, waardoor de energie-efficiëntie van hardware wordt gemaximaliseerd.