Ny supersmart maskinvare kutter strømforbruket
NTNU har utviklet maskinvare som kutter kjøretid og strømforbruk dramatisk. Det betyr at datasentrene i Norge kan gjøre den samme jobben med omtrent 85.000 færre servere.
For å få til en mer bærekraftig databehandling er tidsbruk en kritisk faktor. En måte å få ned strømforbruket på er å bruke datamaskinene over kortere tid, da trengs det programmer som utnytter maskinvaren maksimalt. Når tidstyvene i programvaren tas, kan antallet servere reduseres og vi trenger færre strømslukende datasentre.
Søkt patent på to mekanismer
- Hovedmålsettingen vår er å gjøre datamaskinene mer energieffektive.
Dataprogrammer som har samme funksjonalitet, kan ha enorme forskjeller i forbruk av tid og strøm (ytelse). Kjøretiden kan variere fra noen få sekunder til mange minutter, det viser behovet for smartere, og mer bærekraftige løsninger. Forutsatt at effektforbruket ikke endrer seg så mye, er energiforbruket omtrent proporsjonalt med tiden programmet kjører. Hvis du vil bruke datamaskinen mest mulig effektivt, og bruke minst mulig energi for beregning, må du skrive programmet ditt på en slik måte at du utnytter maskinvaren effektivt, altså at det tar kort tid. Da må man som programmerer vite hva programmet bruker tid på og hvorfor det bruker tid på enkelte ting. Gjennom å forske på datamaskinarkitektur i mange år har vi funnet frem til to ulike mekanismer, TEA og TIP, som forteller hva programmet bruker tid på og hvorfor, forklarer professor Magnus Jahre ved Institutt for datateknologi og informatikk på NTNU. Sammen med stipendiat Björn Gottschall og professor Lieven Eeckhout fra Universitetet i Gent har han utviklet og søkt patent på de to variantene av maskinvaren.
Den lille maskinvare-enheten dataforskerne har designet skal bygges inn prosessoren, som er selve hjernen i en datamaskin. Derfra gjør den det enklere for utviklere å skrive programmer som tar kort tid.
- Enkelt forklart, forteller den utvikleren hva programmet som er skrevet bruker tid på, og hvorfor. Med denne informasjonen kan utvikleren endre programmet, for at den skal gjøre samme jobb, bare enda mer effektivt, sier Jahre.
Dette er TIP og TEA, og slik fanger de tidstyver:
- TIP står for Time-Proportional Instruction Profiling.
- TEA bygger på TIP, og forkortelsen står for Time-Proportional Event Analysis.
- TIP sitter som en bitteliten, supersmart detektiv inne i prosessoren, eller databrikken, som sørger for å utføre oppgavene et dataprogram skal løse.
- Den finner, og forteller, utvikleren nøyaktig hvor dataprogrammet bruker mye tid.
- TEA er hakket mer avansert. Den hjelper til med å fortelle utvikleren mer om hvorfor programmet bruker mye tid akkurat der det gjør det.
- TEA kan også gi en enkel pekepinn på hva som må gjøres for å fjerne tidstyvene. (Kilde: Gemini)
Trenger 85.000 færre servere
I dag finnes 18 datasentre i Norge med tilsammen om lag 1 million servere.
- TIP og TEA gjør det mulig å kutte CO2-utslippene med omtrent 63.000 tonn fordi kjøretiden på programmene går ned, sier Jahre. Regnestykket forutsetter at alle prosessorene kjører med den nye maskinvaren og at programmene er omtrent like effektive som de NTNU-forskerne har brukt.
Siden norske datasentre bruker fornybar energi, vil CO2-utslippene i hovedsak komme fra produksjonen av serverne i datasenteret. Hvis alt virker slik det skal, fører raskere kjøretid til at datasentrene kan gjøre den samme jobben med omtrent 85.000 færre servere som frigjør omtrent 400 gigawattimer (GWh) med energi tilsvarende årsforbruket til 23.000 hustander.*
Tungregning og supersimulator
Det er først og fremst tungregneanlegget IDUN på NTNU som har gjort det mulig for forskerne å utvikle TIP og TEA. De har også brukt simulatoren FireSim som er utviklet ved Berkeley. De som tester nye maskinvare-løsninger, bruker gjerne programvare som simulerer hvordan maskinvaren oppfører seg. Da kan de se på noen hundre millioner instruksjoner av gangen. Oppsettet på NTNU gjør det mulig å se på milliarder av instruksjoner. Det er det ikke så mange i verden som kan.
Jakter kommersielle partnere
NTNU, som eier rettighetene til TIP og TEA, og NTNU Technology Transfer (TTO), har søkt patent og jakter på kommersielle partnere og aktører som lager både sin egen maskinvare og programvare, som Amazon, Google og Apple. De kan dra nytte av TIP og TEA i egne skyløsninger og server-parker.
Teknologien fra NTNU vil bety at for eksempel Apple enklere kan identifisere feil og flaskehalser, både i operativsystem og annen programvare. Dermed kan de øke både ytelse og batterilevetid på sine enheter – både MacBooks, mobiltelefoner og nettbrett.
Veien fra sign off på logikken til det dukker opp i en chip i andre enden er lang, sier Jahre.
- Disse prosessorene er veldig komplekse, hvis for eksempel Intel besluttet å implementere dette i dag, ville det ta omtrent fem år før det dukket opp i butikken.
*Med utgangspunkt i Statistisk Sentralbyrås statistikk.
(Kilde: Gemini)
.webp)
%20-%20Cyber%20sikkerhet%20utvidet%20bruk.webp)
%20-%20Kopi.webp)
