Принцип: эффективность энергии
Содержимое этого видео по-прежнему допустимо, но основные цифры могут отличаться из-за принципа перемечения принципов Green Software Foundation.
Электроэнергия и углекислый газ
Большинство людей считают электричество экологически чистым. Когда мы втыкаем вилку в розетку, мы не пачкаем руки, а у ноутбуков нет выхлопной трубы. Правда в том, что большая часть электроэнергии создается с помощью сжигания ископаемого топлива, обычно угля, а энергопотребление является самым крупным источником углеродных выбросов.
Поскольку мы можем привлечь прямую линию от электроэнергии к выбросам углерода, мы можем рассмотреть электроэнергию как один из прокси-серверов для углерода.
От приложений, работающих на смартфоне, до обучения моделей машинного обучения в центрах обработки данных, — любое программное обеспечение потребляет электричество при выполнении. Одним из лучших способов снижения потребления электроэнергии и последующих выбросов загрязнения углерода нашего программного обеспечения является сделать наши приложения более энергетически эффективными.
Именно поэтому ключевой принцип устойчивой программной инженерии заключается в создании приложений, которые являются энергоэффективными.
Как специалисты по устойчивой программной инженерии мы должны понимать, как используется электроэнергия. Наше путешествие не начинается с компьютера; начинается с того, как электроэнергия, которая управляет нашими компьютерами.
Энергия и электричество
Энергия измеряет объем использованного электроэнергии; Стандартная единица для энергии — Joules или J. Однако киловатт-часов или kWh является еще одним распространенным способом обращения к потреблению энергии.
Электричество часто называют энергией или мощностью, но это два разных понятия:
Энергия = мощность ✕ время
Энергия — это общий объем использованного электроэнергии; Стандартная единица для энергии — Joules или J.
Мощность — это скорость потребления электроэнергии на единицу времени; Стандартная единица питания — Уотт или W. Один Уотт составляет 1 Джоул в секунду.
Обычно энергопотребление измеряется как мощность за единицу времени, например ватт-секунды или киловатт-часы. Например:
20 ватт-секунд или
20 Wsэто количество энергии, которую вы получили бы, если20 Wбы были запущены на одну секунду. Так как 1 Вт составляет 1 Джоул в секунду, это значение составляет 20 Джоулей.20 Киловатт-часов или
20 kWhэто энергия, которую вы бы получили, если бы 20000 Воттс побежали в течение одного часа.Energy = 60 X 60 X 20,000 = 72,000,000 Joules = 72 Megajoules (72 MJ)
Пропорциональность энергии
Использование измеряет, сколько ресурсов компьютера используется, что обычно представляется в процентах. Неактивный компьютер имеет низкий процент использования и не используется. Компьютер, работающий в максимальной емкости, имеет высокий процент и полностью используется.
Пропорциональность энергии — это отношение между энергопотреблением в компьютерной системе и ее полезной мощностью (использованием). Если общее потребление энергии пропорционально использованию компьютера, то это пропорционально энергии.
В энергетической пропорциональной системе эффективность энергии является постоянной; независимо от использования, энергоэффективность остается той же. Однако энергоэффективность оборудования не является постоянной. зависит от контекста. Из-за сложного взаимодействия множества различных аппаратных компонентов устройства он может быть нелинейным, что означает, что связь между питанием и потреблением не пропорциональна.
При использовании на 0 % компьютер по-прежнему рисует 100 W; при использовании 50 % он рисует 180 W, а при использовании 100 % он рисует 200 W. Связь между потреблением электроэнергии и потреблением не является линейной, и она не пересекает источник.
Поэтому чем больше используется компьютер, тем эффективнее он преобразует электричество в полезные вычислительные операции. Если использовать несколько серверов с максимальной загрузкой, их энергоэффективность будет наивысшей.
Потребление в неактивном состоянии
Существуют различные причины этого отсутствия пропорциональности энергии, одна из которых является статической тянуть энергии.
Бездействующий компьютер, даже при нулевом проценте использования, по-прежнему извлекает электроэнергию. Потребление в неактивном режиме зависит от конфигурации и аппаратных компонентов, но все компоненты в той или иной степени потребляют электричество, даже в состоянии простоя. Это одна из причин, по которой у компьютеров, ноутбуков и мобильных устройств есть режим энергосбережения. Если устройство неактивно, он в конечном итоге активирует режим гибернации, который помещает диск и экран в спящий режим или даже изменяет частоту ЦП. Эти режимы экономии питания экономят на электроэнергии, но имеют другие компромиссы, такие как медленная перезагрузка при пробуждении устройства.
Серверы обычно не настроены для агрессивного или даже минимального экономии питания. Многие варианты использования сервера требуют максимально быстрой емкости в ответ на быстро меняющиеся требования. Этот сценарий может оставить множество серверов в режиме простоя во время периодов с низким спросом. Простаивающий сервер вредит экологии как с точки зрения воплощенного углерода, так и с точки зрения неэффективного использования.
Частота процессора
Частота процессора (тактовая частота) — это операционная скорость компьютера или его микропроцессора, выраженная в циклах в секунду (мегагерц). Потребительские устройства часто динамически настраивают скорость вычислений для достижения большей пропорциональности энергии.
Тактовая частота определяет, насколько быстро компьютер может выполнять инструкции.
Энергоэффективность микропроцессоров изменяется с скоростью часов; Высокая скорость часов часто менее эффективна, чем низкая скорость часов. Например, в системе I7-3770K вы можете работать по 3.5 GHz адресу 50 Wили 5 GHz около 175 W. Приблизительно 40% увеличение скорости часов требует >3✕ увеличение мощности.
Снижение скорости часов во время низкой загрузки может повысить эффективность энергии, тем самым максимизируя энергоэффективность оборудования.