ENTRA: sprawniejsze oprogramowanie obniża zużycie energii przez komputer
Dotychczas prace nad energooszczędnością komputerów koncentrowały się na sprzęcie. Jednakże sprzęt – jak pokazuje nowy projekt UE – to tylko element układanki i to prawdopodobnie ten najmniejszy. Nawet przy energooszczędnym sprzęcie spory potencjał na zaoszczędzenie energii jest marnowany z powodu obciążeń nakładanych na sprzęt przez niewydajne oprogramowanie. Partnerzy projektu ENTRA, który będzie realizowany do września 2015 r., stworzyli eksperymentalny prototyp oprogramowania opartego na semantyce programowania, które informuje programistę, ile energii będzie zużywać aplikacja w wyniku pisanego przez niego kodu. Narzędzie ENTRA pracuje równolegle z programem i na podstawie analizy kodu oraz modelowania energetycznego pokazuje, ile dany kod będzie kosztować komputer pod względem zużycia energii oraz jaki będzie wpływ określonych decyzji programistycznych na to zużycie. „Można to porównać z wydajnością paliwa w samochodzie” – mówi koordynator ENTRA profesor John Gallagher z Uniwersytetu w Roskilde, Dania. „Wydaje się nam, że to cecha samego auta. Kupujemy samochód, który ma zużywać na przykład 8 litrów na 100 km, ale zużycie zależy przecież od sposobu prowadzenia. To samo dotyczy komputera. Sądzimy, że zużycie energii uzależnione jest od sprzętu, ale większy potencjał na oszczędzanie energii zdaje się tkwić w oprogramowaniu na tym samym sprzęcie, więc lepiej włożyć więcej wysiłku w oprogramowanie niż w energooszczędny sprzęt. Tutaj właśnie do akcji wkracza projekt ENTRA”. ZUŻYCIE ENERGII WIDOCZNE DLA PROGRAMISTY Partnerzy projektu ENTRA koncentrują się na efektywności energetycznej jako celu projektowania oraz na umożliwieniu firmom IT szybszego wprowadzania na rynek wydajnych energetycznie produktów. Narzędzie ENTRA pokazuje zużycie energii w watach (pobór energii) lub w formie absolutnego zużycia energii (ilość energii potrzebna do wykonania zadania) w zależności do szybkości procesora (GHz). Zamiast czekać, aż program zostanie zainstalowany i uruchomiony na komputerze, i dopiero wtedy mierzyć jego zapotrzebowanie na energię (kiedy zazwyczaj i tak już jest za późno, by cokolwiek w tej kwestii zaradzić), programista widzi od razu prognozowane zużycie energii na podstawie kodu. Zużycie energii w komputerach staje się coraz poważniejszym problemem zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska i śladu węglowego, jak i z praktycznego punktu widzenia w kontekście zapotrzebowania na dłuższą pracę baterii. Znaczący rozwój przetwarzania w chmurze w ciągu ostatniej dekady powoduje, że serwerownie stają się potężnymi odbiorcami energii. Energia potrzebna jest nie tylko do schładzania, ale także do przetwarzania i przesyłania danych. Podejście oferowane przez projekt ENTRA może pomóc zarówno przy programowaniu, jak i przy organizowaniu zadań w sposób minimalizujący zapotrzebowanie na energię. ZNACZĄCE WYDŁUŻENIE PRACY BATERII W SMARTFONIE Wraz z geometrycznym przyrostem zapotrzebowania na moc obliczeniową zwiększy się zapotrzebowanie na energooszczędne programy, tak aby coraz mniejsze baterie wymagały coraz rzadszego ładowania. Z myślą o tych właśnie wyzwaniach, prototyp ENTRA jest testowany na trzech, zwykle najbardziej energochłonnych funkcjach: przetwarzanie dźwięku w czasie rzeczywistym, sterowanie robotami i silnikami oraz sieciowanie w czasie rzeczywistym. Definiujące je oprogramowanie uruchamiane jest na sprzęcie spółki XMOS z Bristolu, Zjednoczone Królestwo, specjalizującej się w półprzewodnikach, która produkuje na potrzeby branży motoryzacyjnej, komputerowej i gier wideo. Naukowcy uczestniczący w projekcie wnioskują na podstawie tych studiów przypadku, że oszczędność energii może sięgnąć co najmniej 20-50 procent, np. dzięki kompaktowaniu programów i optymalizacji czasu wykonywania operacji w celu umożliwienia pracy procesora przy niższych częstotliwościach. Firma XMOS planuje dodać do swojego łańcucha narzędziowego komponenty ENTRA służące do optymalizacji energetycznej. Osiągnięcia projektu ENTRA są także prezentowane międzynarodowym liderom na rynku, jak ARM czy ST Microelectronics, a także światowej klasy specjalistom w energooszczędnej informatyce, na warsztatach EACO (Energy Aware COmputing). Jak twierdzi prof. Gallagher, skalowanie wyników projektu ENTRA do poziomu systemu jest wykonalne. „Całe podejście jest niezależne od jakiejkolwiek platformy sprzętowej czy dziedziny zastosowań w tym sensie, że bazuje tylko na semantyce języka programowania i ogólnym modelu energetycznym. Dlatego można zastosować te same techniki do wysokowydajnych systemów komputerowych” – podkreśla profesor. Projekt ENTRA, w którym udział bierze 4 partnerów z Danii, Hiszpanii i Zjednoczonego Królestwa, rozpoczął się w październiku 2012 r. i potrwa do 30 września 2015 r. Dofinansowanie projektu z budżetu 7PR wynosi 2,1 mln EUR. Link do strony internetowej projektu
Słowa kluczowe
wydajne oprogramowanie, zużycie energii elektrycznej, energooszczędność, centra danych, żywotność baterii, inteligentne urządzenia, ENTRA, 7PR