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

Python вытеснил C с первого места в рейтинге языков программирования за октябрь

Новость ИТ-новость Рейтинг Языки программирования

Python впервые за 20 лет сумел обогнать Java и C по популярности и занять первую строчку в рейтинге TIOBE. Автор языка программирования Гвидо ван Россум поблагодарил сообщество за поддержку.

сегодня в 13:29    2899    VKuser24342747    4       

Google сказал «SOS»: интернет-гигант поддержит новую программу вознаграждений

Новость Google ИТ-новость

Компания Google объявила о поддержке пилотной программы вознаграждений за поиск уязвимостей в софте с открытым исходным кодом. Ее назвали SOS (Secure Open Source, безопасное открытое ПО).

15.10.2021    1492    user1015646    0       

Samsung по ошибке предложил британцам предустановить российское ПО

Новость Импортозамещение ИТ-новость Мобильные приложения Новости компаний

Samsung в описании обновления для пользователей из Великобритании упомянула о том, что на устройства будут предустановлены российские мобильные приложения. Позже компания признала сообщение техническим сбоем.

14.10.2021    2219    VKuser24342747    2       

PostgreSQL 14: встречаем новую версию популярной СУБД с открытым кодом

Новость PostgreSQL ИТ-новость

Разработчики представили крупное обновление СУБД PostgreSQL. В свежей 14-й версии упростили доступ к информации в JSON-формате и добавили поддержку несмежных диапазонов, улучшили производительность и работу с распределенными данными.

13.10.2021    2525    user1015646    1       

Новые возможности Microsoft Office 2021

Новость ИТ-новость Новости компаний

5 октября Microsoft выпустила новую версию офисного пакета приложений Office 2021. Он предназначен для предприятий и пользователей, которые не хотят покупать Office 365, доступный только по подписке.

12.10.2021    5119    SKravchenko    0       

МГУ представил первый национальный стандарт для ИИ и больших данных

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Национальный центр цифровой экономики МГУ подготовил к публичному обсуждению первую редакцию отечественного стандарта для работы с большими данными и нейросетями.

12.10.2021    3397    VKuser24342747    1       

Минцифры намерено встроить электронную подпись в SIM-карту

Новость ИТ-новость Минкомсвязь Цифровая подпись

Минцифры совместно с ФСБ, провайдерами и научными организациями разрабатывают технологию, которая позволит использовать электронную подпись при помощи стандартной SIM-карты.

11.10.2021    6216    VKuser24342747    2       

Крупнейшие российские ИТ-разработчики объединятся для развития Open Source

Новость Импортозамещение ИТ-новость Цифровая экономика

В Москве прошел форум Russia Open Source Summit. На нем лидеры российской ИТ-отрасли презентовали стратегию развития Open Source до 2024 года и анонсировали создание некоммерческой организации Russian Open Source Foundation.

11.10.2021    8213    ЕленаЧерепнева    2       

Язык программирования Python получил масштабное обновление

Новость ИТ-новость Языки программирования

В официальном блоге Python представлена последняя стабильная версия языка под номером 3.10.0. Из новинок – улучшенное отображение ошибок, поддержка структурного сопоставления и более строгого итерирования.

08.10.2021    9089    VKuser24342747    8       

Microsoft официально выпустила релизную версию Windows 11

Новость Windows ИТ-новость Новости компаний

Бесплатное обновление Windows 10 до одиннадцатой версии доступно для всех владельцев системы. Главные изменения – повышенная безопасность и улучшение дизайна.

07.10.2021    4274    VKuser24342747    7       

Крупное обновление для Ubuntu стало доступно для бета-тестирования

Новость Ubuntu ИТ-новость

Разработчики представили бета-версию Ubuntu 21.10 под названием Impish Indri. Последний раз операционная система получала крупный апдейт весной 2021 года.

05.10.2021    12743    VKuser24342747    4       

Привет, Java 17: что нового

Новость ИТ-новость Языки программирования

Вышла новая версия Java 17. Три ключевых изменения: использование только строгой семантики чисел с плавающей точкой, единый API (прикладной программный интерфейс) для генераторов псевдослучайных чисел и отдельный API сторонних функций и памяти.

04.10.2021    8699    user1015646    0       

Исследователи нашли способ передавать данные через полое оптоволокно

Новость Интернет ИТ-новость Телекоммуникации

Британская компания BT заявила о создании пустотелого оптического волокна, заполненного воздухом. Технология может применяться для передачи данных, в том числе использующих квантовое шифрование.

04.10.2021    6535    VKuser24342747    2       

С 2023 года Google Chrome переходит на платформу Manifest V3. Старые расширения перестанут работать

Новость Google Безопасность Интернет ИТ-новость

Google объявил о переходе на новую платформу для расширений в Chrome – Manifest v3. Разработчики расширений опасаются, что блокировщики рекламы не смогут работать с новой версией платформы.

04.10.2021    2826    SKravchenko    4       

Yandex.Cloud выйдет на рынок Европы с сервисом виртуальных рабочих столов

Новость ИТ-новость Яндекс

В следующем году «Яндекс» планирует открыть представительство в Германии. Филиал российской компании будет продвигать на европейском рынке набор сервисов Yandex.Cloud.

01.10.2021    11198    VKuser24342747    4       

OpenAI научила нейросеть кратко пересказывать содержимое книг

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

OpenAI представила инструмент, который генерирует краткое содержание книг при помощи машинного обучения. Нейросеть способна ужать произведение из тысяч слов до нескольких сотен.

30.09.2021    13525    VKuser24342747    2       

Microsoft предложила установить финальную версию Windows 11 на неделю раньше

Новость Windows ИТ-новость

Официальная дата релиза Windows 11 – 5 октября 2021 года. Однако Microsoft открыла доступ к обновлению ОС уже сейчас через канал тестирования Release Preview.

27.09.2021    5099    VKuser24342747    6       

JetBrains открыла ранний доступ к новой IDE для Data Science

Новость ИТ-новость Новости компаний

7 сентября JetBrains разместила в своем блоге статью с информацией о том, что новая IDE DataSpell, которая с марта 2021 года находилась в закрытом тестировании по программе раннего доступа (EAP), становится доступной для всех желающих.

24.09.2021    14531    capitan    4       

Microsoft предлагает отказаться от паролей в пользу сервиса Authentication

Новость Безопасность Интернет ИТ-новость Новости компаний

Microsoft видит проблему в стандартных паролях, которые зачастую повторяются и имеют низкую надежность. В компании убеждены, что альтернативные способы аутентификации более безопасны.

24.09.2021    3467    VKuser24342747    3       

Правительство утвердило разработку российского аналога GitHub

Новость ИТ-новость Цифровая экономика

Премьер-министр Михаил Мишустин на форуме Kazan Digital Week анонсировал создание отечественного репозитория, аналогичного GitHub. Проект реализуется в рамках второго пакета поддержки ИТ.

22.09.2021    7125    VKuser24342747    25       

Microsoft присоединилась к Open Infrastructure Foundation для развития облаков

Новость ИТ-новость Новости компаний Облачные технологии

Microsoft стала платиновым членом организации Open Infrastructure Foundation. Компания будет представлять интересы своих телекоммуникационных клиентов в OpenStack.

15.09.2021    6798    VKuser24342747    0       

Microsoft разрешит устанавливать Windows 11 на старые компьютеры

Новость Windows ИТ-новость Новости компаний

Microsoft пересмотрела правила установки Windows 11, которые не позволяли использовать ОС на компьютерах, не соответствующих системным требованиям. Для инсталляции придется создать загрузочный диск.

14.09.2021    5146    VKuser24342747    0       

Оплата лицом заработает на всех станциях метро Москвы

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость Цифровая экономика

В столичном метрополитене внедряют систему FacePay. С 15 октября оплатить проезд можно будет, не доставая смартфон, карту или жетоны из кармана.

14.09.2021    4500    user1015646    2       

«Яндекс» представил технологию автоматического перевода любых видео на русский язык

Новость ИТ-новость Яндекс

«Яндекс» сделал функцию автоматического закадрового перевода иностранных роликов доступной для почти любых видео в интернете. Функция встроена в фирменный браузер компании.

13.09.2021    3680    VKuser24342747    4       

Исследователи синтезировали выразительную устную речь

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Синтетическое воспроизведение речи от голосовых помощников и автопереводчиков не передает эмоций и интонаций. Специалисты NVIDIA разработали систему искусственного интеллекта, которая решает эту проблему: ее речь сложно отличить от естественной.

10.09.2021    14836    user1015646    0