Prensip: Enerji verimliliği

  • 2 dakika

Bu videonun içeriği hala geçerlidir, ancak Green Software Foundation'ın ilke yeniden numaralandırması nedeniyle ilke numaraları farklılık gösterebilir.

Elektrik ve karbon

Çoğu insan elektriğin temiz olduğunu düşünür. Bir şeyi duvara taktığımızda, ellerimiz kirlenemez ve dizüstü bilgisayarlarımızın egzoz borularına ihtiyacı yoktur. Ancak gerçek şu ki, elektriğin çoğu yakıcı fosil yakıt (genellikle kömür) ile üretilir ve karbon emisyonunun en önemli tek nedeni enerji kaynağıdır.

Elektrikten karbon emisyonlarına doğru bir çizgi çekebildiğimiz için elektriği karbon proxy'lerinden biri olarak düşünebiliriz.

Akıllı telefonunuzda çalışan uygulamalardan veri merkezlerinde çalışan makine öğrenmesi modellerini eğitmeye kadar tüm yazılımlar yürütme aşamasında elektrik tüketir. Elektrik tüketimini ve yazılımımızın sonraki karbon kirliliği emisyonlarını azaltmanın en iyi yollarından biri, uygulamalarımızı enerji açısından daha verimli hale getirmektir.

Bu bilgi, Sürdürülebilir Yazılım Mühendisliğinin temel ilkelerinden biri, enerji açısından verimli uygulamalar oluşturmaktır.

Sürdürülebilir mühendisler olarak elektriği anlamamız gerekiyor. Yolculuğumuz bilgisayarla başlamıyor; bilgisayarlarımıza güç veren elektriğin nasıl yapıldığıyla başlar.

Enerji ve güç karşılaştırması

Enerji, kullanılan elektrik miktarını ölçer; Enerji için standart birim Joules veya J'dir. Ancak kilowatt-hours veya kWh, enerji tüketimine başvurmanın bir diğer yaygın yoludur.

Elektrik genellikle iki farklı kavram olan Güç veya Enerji olarak bildirilir:

Enerji = Güç ✕ Zaman

  • Enerji, kullanılan toplam elektrik miktarıdır; Enerji için standart birim Joules veya J'dir.

  • Güç, zaman birimi başına tüketilen elektrik oranıdır; Standart Güç birimi Watt veya W'dir. Tek bir Watt saniyede 1 Joule'dür.

Enerji tüketimine başvurmanın yaygın yollarından biri, Watt saniye veya Kilowatt saat gibi bir zaman birimi üzerinden güç kullanmaktır. Örnek:

  • 20 Watt saniye veya 20 Ws bir saniye çalıştırılırsa 20 W elde ettiğiniz enerji miktarıdır. 1 Watt saniyede 1 Joule olduğundan, bu değer 20 Joule'dür.

  • 20 kilowatt saat veya 20 kWh 20.000 Watt bir saat çalıştırılırsa elde ettiğiniz enerjidir.

    Energy = 60 X 60 X 20,000 = 72,000,000 Joules = 72 Megajoules (72 MJ)

Enerji oransallığı

Kullanım, genellikle yüzde olarak gösterilen bilgisayar kaynaklarının ne kadarının kullanıldığını ölçer. Boşta kalan bir bilgisayar düşük kullanım yüzdesine sahiptir ve kullanılmıyor. Maksimum kapasitede çalışan bir bilgisayarın yüzdesi yüksektir ve tam olarak kullanılır.

Enerji oransallığı , bir bilgisayar sisteminde tüketilen güç ile yararlı işlerin yapılma hızı (kullanımı) arasındaki ilişkinin bir ölçüsüdür. Genel güç tüketimi bilgisayarın kullanımıyla orantılıysa enerji orantılıdır.

Enerji oransal bir sistemde, enerji verimliliği sabittir; kullanım ne olursa olsun, enerji verimliliği aynı kalır. Ancak donanımın enerji verimliliği sabit değildir. Bağlama göre değişir. Birçok farklı donanım cihazı bileşeninin karmaşık etkileşimleri nedeniyle doğrusal olmayabilir, bu da güç ve kullanım arasındaki ilişkinin orantılı olmadığı anlamına gelir.

Diagram showing power versus utilization.

%0 kullanımda bilgisayar hala çizer 100 W; %50 kullanımda, çizer 180 Wve %100 kullanımda çizer 200 W. Güç tüketimi ile kullanım arasındaki ilişki doğrusal değildir ve çıkış noktasını aşmaz.

Bu ilişki nedeniyle, bir bilgisayarı ne kadar çok kullanırsanız, elektriği kullanışlı bilgi işlem işlemlerine dönüştürmede o kadar verimli hale gelir. Çalışmanızı mümkün olduğunca az sayıda sunucuda en yüksek kullanım oranıyla çalıştırmak, enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarır.

Statik güç çekme

Bu enerji oransallığının olmamasının çeşitli nedenleri vardır ve bunlardan biri statik güç çekmedir.

Boşta kalan bir bilgisayar, yüzde sıfır kullanımda bile elektrik çeker. Bu statik güç çekme, yapılandırma ve donanım bileşenlerine göre değişiklik gösterir, ancak tüm bileşenlerin statik güç çekmesi vardır. Bu olası güç tüketimi, bilgisayarların, dizüstü bilgisayarların ve mobil cihazların güç tasarrufu modlarına sahip olmasının nedenlerinden biridir. Cihaz boşta kalırsa, sonunda bir hazırda bekleme modunu tetikler ve bu mod disk ve ekranı uyku moduna geçirir, hatta CPU sıklığını bile değiştirir. Bu güç tasarrufu modları elektrik tasarrufu sağlar, ancak cihaz uyandığında daha yavaş yeniden başlatma gibi başka dengelere sahiptir.

Sunucular genellikle agresif ve hatta minimum güç tasarrufu için yapılandırılmaz. Birçok sunucu kullanım örneği, hızla değişen taleplere yanıt olarak mümkün olan en kısa sürede tam kapasiteyi talep ediyor. Bu senaryo, düşük talep dönemlerinde birçok sunucuyu boşta modunda bırakabilir. Boştaki sunucunun hem gömülü karbondan hem de verimsiz kullanımından maliyeti vardır.

Saat hızı

Saat hızı (frekans), bir bilgisayarın veya mikro işlemcisinin çalışma hızıdır ve saniye başına döngüler (megahertz) cinsinden ifade edilir. Tüketici cihazları genellikle daha fazla enerji orantısı elde etmek için bilgi işlem cihazlarının saat hızını dinamik olarak ayarlar.

Saat hızı, bir bilgisayarın yönergeleri ne kadar hızlı yürütebileceğini belirtir.

Mikro işlemcilerin enerji verimliliği saat hızıyla değişir; yüksek saat hızları genellikle düşük saat hızlarından daha az enerji tasarrufu sağlar. Örneğin, I7-3770K sisteminde için veya için 50 Wkonumunda 5 GHz175 Wçalıştırabilirsiniz3.5 GHz. Saat hızında yaklaşık %40 artış 3✕ güç artışı gerektirir>.

Düşük kullanım zamanlarında saat hızının azaltılması, enerji verimliliğini artırabilir ve böylece donanımın enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarır.