L'Internet des objets pourrait améliorer la qualité de vie, mais il consommera également de grandes quantités d'électricité et augmentera les émissions de gaz à effet de serre. (Shutterstock)

Votre le smartphone est bien plus puissant que les ordinateurs de la NASA qui a mis Neil Armstrong et Buzz Aldrin sur la lune en 1969, mais c'est aussi un cochon énergétique. En informatique, la consommation d'énergie est souvent considérée comme un problème secondaire à la vitesse et au stockage, mais avec le rythme et la direction du progrès technologique, elle devient une préoccupation environnementale croissante.

Lorsque la société minière de crypto-monnaie Hut 8 a ouvert le plus grand projet d'extraction de bitcoins au Canada à l'extérieur de Medicine Hat, en Alberta, les écologistes ont sonné l'alarme. L'usine consomme 10 fois plus d'électricité, produite en grande partie par une centrale électrique au gaz naturel, que toute autre installation de la ville.

À l'échelle mondiale, les émissions de gaz à effet de serre (GES) des secteurs de l'information, de la communication et de la technologie (TIC) sont devrait atteindre l'équivalent de 1.4 gigatonnes (milliards de tonnes métriques) de dioxyde de carbone par an d'ici 2020. Cela représente 2.7% des GES mondiaux et environ le double de la production annuelle totale de gaz à effet de serre du Canada.

En concevant des processeurs informatiques économes en énergie, nous pourrions réduire la consommation d'énergie et les émissions de GES dans les endroits où l'électricité provient de combustibles fossiles. En tant qu'ingénieur informatique spécialisé dans l'architecture informatique et l'arithmétique, mes collègues et moi sommes convaincus que ces effets positifs peuvent être obtenus sans presque aucun impact sur les performances de l'ordinateur ou la commodité de l'utilisateur.

Connexions puissantes

L'Internet des objets (IoT) - composé des appareils informatiques connectés intégrés aux objets du quotidien - a déjà des impacts économiques et sociaux positifs, transformant pour le mieux nos sociétés, l'environnement et nos chaînes d'approvisionnement alimentaire.

Ces appareils surveillent et réduisent la pollution atmosphérique, améliorent la conservation de l'eau et nourrissent un monde affamé. Ils rendent également nos maisons et nos entreprises plus efficaces, en contrôlant les thermostats, l'éclairage, les chauffe-eau, les réfrigérateurs et les machines à laver.

Les appareils connectés à Internet augmentent les besoins informatiques et la consommation d'énergie. (Shutterstock)

Avec le nombre d'appareils connectés au sommet 11 milliards - sans compter les ordinateurs et les téléphones - en 2018, l'IoT créera des données volumineuses nécessitant d'énormes calculs.

Rendre le calcul plus économe en énergie permettrait d'économiser de l'argent et de réduire la consommation d'énergie. Cela permettrait également aux batteries qui fournissent de l'énergie dans les systèmes informatiques d'être plus petites ou de fonctionner plus longtemps. De plus, les calculs pourraient s'exécuter plus rapidement, de sorte que les systèmes informatiques généreraient moins de chaleur.

Informatique approximative

Les systèmes informatiques d'aujourd'hui sont conçus pour fournir des solutions exactes à un coût énergétique élevé. Mais de nombreux algorithmes résistants aux erreurs comme le traitement d'images, de sons et de vidéos, l'exploration de données, l'analyse de données de capteurs et l'apprentissage en profondeur ne nécessitent pas de réponses exactes.

Cette précision inutile et cette dépense énergétique excessive sont un gaspillage. Il y a des limites à la perception humaine - nous n'avons pas toujours besoin d'une précision à 100% pour être satisfait du résultat. Par exemple, des changements mineurs dans la qualité des images et des vidéos passent souvent inaperçus.

Les applications de traitement vidéo ne nécessitent pas une précision de 100%. (Shutterstock)

Les systèmes informatiques peuvent tirer parti de ces limitations pour réduire la consommation d'énergie sans avoir un impact négatif sur l'expérience utilisateur. Le «calcul approximatif» est une technique de calcul qui renvoie parfois des résultats inexacts, ce qui la rend utile pour les applications où un résultat approximatif est suffisant.

Au laboratoire de génie informatique de l'Université de la Saskatchewan, nous proposons de concevoir et de mettre en œuvre ces solutions informatiques approximatives, afin qu'elles puissent échanger de manière optimale la précision et l'efficacité entre les logiciels et le matériel. Lorsque nous avons appliqué ces solutions à un composant informatique de base du processeur, nous avons constaté que la consommation d'énergie diminuait de plus de 50% avec presque aucune baisse de performance.

Précision flexible

De nos jours, la plupart des ordinateurs personnels contiennent un format numérique standard 64 bits. Cela signifie qu'ils utilisent un nombre à 64 chiffres (zéro ou un) pour effectuer tous les calculs.

Les graphiques 3D, la réalité virtuelle et la réalité augmentée nécessitent le format 64 bits pour fonctionner. Mais le traitement audio et image de base peut être effectué avec un format 32 bits tout en fournissant des résultats satisfaisants. De plus, les applications d'apprentissage en profondeur peuvent même utiliser Formats 16 bits ou 8 bits en raison de leur résilience aux erreurs

Les conceptions innovantes du matériel informatique et des logiciels peuvent améliorer l'efficacité énergétique. (Shutterstock)

Plus le format numérique est court, moins d'énergie est utilisée pour effectuer le calcul. Nous pouvons concevoir des solutions informatiques flexibles, mais précises, qui exécutent différentes applications en utilisant le format numérique le plus approprié afin de favoriser l'efficacité énergétique.

Par exemple, une expérience d'apprentissage en profondeur utilisant cette solution informatique flexible pourrait réduire la consommation d'énergie de 15%, selon notre expérience préliminaire. De plus, les solutions proposées peuvent être reconfigurées pour effectuer simultanément plusieurs opérations nécessitant une faible précision numérique et améliorer les performances.

L'IoT est très prometteur, mais nous devons également penser aux coûts de traitement de toutes ces données. Avec des transformateurs plus intelligents et plus verts, nous pourrions aider à répondre aux préoccupations environnementales et ralentir ou réduire leur contribution au changement climatique.

À propos de l’auteur

Seokbum Ko, professeur, Université de la Saskatchewan

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.