Möglichkeiten der Energieoptimierung
Die digitale Signalverarbeitung (DSP) umfasst eine Vielzahl von Techniken, mit der digitale Signale verbessert werden, um mehr Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erreichen. Die Welt ist von Natur aus analogen, aber Computer verarbeiten digitale Signale und sind daher auch immer Analog-Digital-Wandler. DSP hilft dabei, das eigentliche Signal vom Rauschen zu unterscheiden. DSP-Anwendungen sind nahezu unbegrenzt. Dazu gehören digitale drahtlose Kommunikationsmodems und Smartphones, Gesundheitsüberwachung und Video-und Audio-Verarbeitung. Engineering-Systeme werden häufig so ausgelegt, um auch die extremsten Fälle zu berücksichtigen, auch DSP bildet da keine Ausnahme. Um für alle möglichen Fälle durchgängig die maximale Verarbeitungsgenauigkeit zu erreichen, wird sehr viel Energie benötigt. Ein neuartiger Arbeitsrahmen für die dynamische Reduzierung der Genauigkeit in den Fällen, in denen sie nicht benötigt wird, könnte erhebliche Auswirkungen auf Energieverbrauch und -verschwendung haben. Das von der EU geförderte Projekt OPPORTUNISTIC-DSP entwickelte ein System für energieintensive Anwendungen, bei denen eine Senkung der numerischen Genauigkeit den Nutzen steigern könnte. Die Wissenschaftler identifizierten eine Reihe von kontextspezifischen erleichterten Spezifikationen, optimierten Rechenprozesse für den spezifischen Kontext (Operator, Anzahl und Präzision) und überwachten ständig die Ausführungsbedingungen, um Möglichkeiten für eine Vereinfachung zu finden. Wird die numerische Präzision zu angemessenen Zeiten verändert, beeinflusst dies ein äußerst dynamisches Rechenszenario, wo der Unterschied zwischen dem ungünstigsten Fall und einem typischen Fall der numerischen Genauigkeit enorm sein kann. Angewendet auf den MIMO-Receiver (Multiple Input / Multiple Output) LTE (Long Term Evolution) von 3GPP (Third Generation Partnership Project) erreichte der neue Ansatz eine Reduzierung des Energieverbrauchs von 40% im Vergleich zur festgelegten Präzisionsdurchführung. Während das Konzept einfach ist, ist seine Durchführung extrem langwierig, da es mehrere finite Präszisionsabstimmungen nach sich zieht, bei denen es sich um sehr zeitaufwendige Optimierungsprozesse handelt. Deshalb entwickelte das Team drei Ansätze, um eine höhere Automatisierung des Entwurfsprozesses für möglichst geringe Komplexität zu ermöglichen. Die digitale Darstellung der Welt ist zur Norm geworden, wobei die Berechnungen routinemäßig schnell von DSP-Geräten und Computern durchgeführt werden. OPPORTUNISTIC-DSP machte wesentliche Fortschritte in Richtung von Algorithmen und Techniken, die die Genauigkeit auf intelligente Weise durch opportunistische Annäherungen reduzieren können. Diese Techniken senkten den Energieverbrauch erheblich ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen und während sie komplementär zu vielen anderen traditionellen Energiesparoptimierungstechniken sind. So stellt die opportunistische Signalverarbeitung vielleicht einen wichtigen Weg dar, um die Rechenlast zu reduzieren und dadurch den Stromverbrauch und die damit verbundenen Emissionen zu verringern.
Schlüsselbegriffe
numerische Berechnungen, Energieverbrauch, digitale Signalverarbeitung
