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      13086

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

Специальный алгоритм очистит данные переписи населения

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

В России завершился первый этап Всероссийской переписи населения. Росстат будет в автоматическом режиме очищать собранные данные от продублированных записей при помощи российской BI-системы.

вчера в 10:13    3535    VKuser24342747    0       

В офисах Google появились универсальные роботы

Новость Автоматизация ИТ-новость Новости компаний

Офисы Google в Маунтин Вью, штат Калифорния, теперь станут гораздо чище. К уборке привлекли универсальных роботов, разработанных X Company, которая, как и поисковый гигант, входит в состав холдинга Alphabet.

25.11.2021    4129    user1015646    2       

Вышло крупное обновление для TypeScript с автодополнением кода

Новость ИТ-новость Языки программирования

Команда разработки TypeScript представила версию языка под номером 4.5. В ней улучшена производительность технологии, расширены возможности автодополнения и упрощено переподключение библиотек.

24.11.2021    5613    VKuser24342747    4       

GitHub назвал три ключевых тренда в разработке за 2021 год

Новость GitHub Аналитика ИТ-новость

GitHub провел традиционное ежегодное исследование Octoverse, чтобы определить основные направления развития ИТ-индустрии. В 2021 году актуальными стали вопросы быстрого написания кода и подготовки документации.

24.11.2021    5007    VKuser24342747    0       

Рособрнадзор прекратит использовать Windows при проведении ЕГЭ

Новость Импортозамещение ИТ-новость

Единый государственный экзамен к концу 2024 года будет проходить без использования ОС Windows во всех местах, где можно сдать тестирование. Вместо нее будет установлена российская система.

23.11.2021    4014    VKuser24342747    5       

Google выпустил версию браузера Chrome 96

Новость Интернет ИТ-новость Новости компаний

Новая актуальная версия Google Chrome 96 получила расширение инструментов для веб-разработчиков и экспериментальные функции в мобильной версии.

23.11.2021    3905    VKuser24342747    1       

Через Госуслуги компании подтвердили 13,3 млн корпоративных SIM-карт

Новость Безопасность ИТ-новость Телекоммуникации

Министерство цифрового развития сообщило, что компании соблюдают новые требования закона «О связи» и уже зарегистрировали на портале госуслуг 13,3 млн рабочих SIM-карт.

22.11.2021    4613    VKuser24342747    1       

Visual Studio 2022 и .NET 6: что нового

Новость ИТ-новость Новости компаний Языки программирования

Microsoft выпустила свежий релиз одной из самых популярных сред разработки. Вместе с Visual Studio 2022 представили обновленную платформу .NET 6.

22.11.2021    5114    user1015646    0       

Программист разработал поисковую систему без слежки за пользователями

Новость Безопасность Интернет ИТ-новость

Бывший разработчик из компании Salesforce Ричард Сокер открыл публичный доступ к своему поисковому сервису You. В нем нет никаких трекеров личных данных и рекламных материалов.

18.11.2021    4062    VKuser24342747    3       

«Сбер» обучил нейросеть ruGPT-3 генерировать программный код

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость Новости компаний

Новая функция самой большой генеративной AI-модели для русского языка получила название JARVIS. Сейчас сервис способен работать с языками программирования Java, Python и JavaScript.

18.11.2021    4295    VKuser24342747    2       

Университет Иннополис создал уникальный российский индустриальный блокчейн

Новость Блокчейн ИТ-новость

В России разработан блокчейн InnoChain, который предназначен для использования в закрытых сетях. С его помощью можно подписывать договоры и планировать объемы продаж.

17.11.2021    5270    VKuser24342747    0       

В Dropbox появились «автоматизированные папки» и новая система тегов

Новость ИТ-новость Облачные технологии

Dropbox добавил в свой облачный сервис функции, которые позволят автоматизировать работу с общими папками и файлами. К ним относятся автоматизированные папки, автоматизированная панель инструментов, соглашения об именах и многофайловая организация.

17.11.2021    4061    SKravchenko    1       

Microsoft выпустит платформу Defender for Business

Новость ИТ-новость Новости компаний

Microsoft Defender for Business станет частью комплексного решения Microsoft 365 Business Premium, которое объединяет Microsoft Teams и Office 365 с основными инструментами безопасности для малого и среднего бизнеса.

16.11.2021    2366    SKravchenko    0       

Adobe Photoshop и Illustrator стали доступны онлайн

Новость

У популярных графических редакторов появились веб-версии. Они позволяют редактировать фото, не устанавливая требовательные к ресурсам приложения на компьютер или смартфон, и включают достаточно широкий набор инструментов.

11.11.2021    3527    user1015646    0       

Что нового в SQL Server 2022

Новость СУБД MS SQL ИТ-новость Новости компаний

Microsoft на ежегодной конференции Microsoft Ignite анонсировала предварительную версию SQL Server 2022 – теперь СУБД включает интеграцию с базой Azure SQL, службой аналитики Azure Synapse Analytics и платформой управления данными Azure Purview.

11.11.2021    7258    SKravchenko    0       

«Сбер» представил нейросеть для генерации картинок по описанию

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Сервис ruDALL-E способен генерировать изображения с нуля по текстовому описанию на русском языке. Авторы полагают, что модель будет полезна для создания рекламного, архитектурного и промышленного дизайна.

11.11.2021    4798    VKuser24342747    10       

Правительство собирается определить главный российский процессор

Новость Импортозамещение ИТ-новость

Минцифры и Минпромторг намерены выбрать приоритетную российскую микропроцессорную платформу. Разработчики отечественного ПО будут обязаны поддерживать ее.

10.11.2021    4572    VKuser24342747    4       

Первая стабильная версия Microsoft Edge стала доступна для Linux

Новость Linux Интернет ИТ-новость

В репозиториях Linux на портале Microsoft появилась стабильная версия браузера Edge. Пакет под названием microsoft-edge-stable_95 доступен для пользователей Ubuntu, Debian, Fedora и openSUSE.

10.11.2021    5003    VKuser24342747    0       

Microsoft выпустит версию Windows 11 для слабых компьютеров

Новость Windows ИТ-новость

Microsoft намерена представить ОС Windows 11 SE для устройств начального уровня. Для работы операционной системы будет достаточно ноутбука на базе процессора Intel Celeron.

08.11.2021    4108    VKuser24342747    3       

Нейросеть GitHub Copilot стала доступна в Neovim и разработках JetBrains

Новость GitHub Искусственный интеллект ИТ-новость

Ассистент программиста GitHub Copilot, генерирующий код при помощи ИИ, включен в последние версии редактора кода Neovim, а также в IDE IntelliJ и PyCharm от компании JetBrains.

08.11.2021    7299    VKuser24342747    1       

Правительство совместно с ИТ-компаниями подготовили кодекс этики в сфере ИИ

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Правительство, «Сбер», «Яндекс», VK и другие российские компании подготовили документ, который содержит рекомендации для бизнеса по морально-этическим вопросам использования ИИ.

03.11.2021    4811    VKuser24342747    8       

Аналитики Gartner назвали 12 наиболее перспективных технологий в 2022 году

Новость Аналитика ИТ-новость

Компания Gartner составила список технологий и стратегий, которые уже будут применяться в 2022 году и окажут наиболее существенное влияние на бизнес-среду в ближайшие несколько лет.

03.11.2021    4945    VKuser24342747    2       

Российская компания создала технологию для борьбы с поддельными QR-кодами

Новость Безопасность ИТ-новость

Разработчики из Pro Control создали некопируемый QR-код, поддерживающий двухфакторную систему проверки. Он содержит внутреннюю матрицу, которую нельзя размножить.

02.11.2021    5663    VKuser24342747    0       

Минцифры создаст приложение для чиновников с мессенджером и облачным хранилищем

Новость Безопасность ИТ-новость Мессенджеры Минкомсвязь Мобильные приложения Облачные технологии Цифровая экономика

Минцифры намерено разработать для госслужащих суперприложение, в котором будет доступен набор защищенных инструментов связи. Стоимость реализации проекта – чуть менее 500 млн рублей.

29.10.2021    5151    VKuser24342747    1       

Энтузиаст нашел способ установить Google Play на Windows 11

Новость Windows Android ИТ-новость Мобильные приложения

Пользователь ADeltaX сумел обойти ограничения предварительной версии Windows 11 и установить на устройство магазин Google Play, который позволил запускать любые Android-приложения на ПК.

29.10.2021    8172    VKuser24342747    0