Możliwości optymalizacji zużycia energii
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów (DSP) obejmuje szereg różnych technik służących do poprawy jakości sygnałów cyfrowych pod względem dokładności i niezawodności. Świat jest z zasady analogowy, ale komputery (a właściwie konwertery analogowo-cyfrowe) umożliwiają przekształcanie sygnałów analogowych na cyfrowe. DSP pomaga odróżniać sygnał od zakłóceń. Zastosowania DSP są praktycznie nieograniczone i obejmują cyfrowe modemy komunikacji bezprzewodowej i smartfony, monitoring stanu zdrowia oraz przetwarzanie sygnału audio i wideo. Systemy inżynieryjne są często projektowane w taki sposób, aby poradzić sobie w najgorszych scenariuszach, i tak też jest w przypadku DSP. Dokładność przetwarzania utrzymywana jest na bardzo wysokim poziomie, ale kosztem efektywności energetycznej. Nowe praktyczne ramy umożliwiające dynamiczne obniżanie dokładności przy odpowiednich warunkach mogą pozwolić na istotne ograniczenie zużycia energii i generowania odpadów. W ramach unijnego projektu OPPORTUNISTIC-DSP opracowano system do zastosowań wymagających bardzo wysokiej efektywności energetycznej, w których maksymalne korzyści można by uzyskać poprzez zmniejszenie dokładności numerycznej, kiedy tylko jest to możliwe. Naukowcy zidentyfikowali szereg zależnych od kontekstu luźnych specyfikacji, zaadaptowali obliczenia pod kątem określonego kontekstu (operator, liczba i dokładność) oraz prowadzili stały monitoring warunków wykonywania, aby znaleźć sposobności na uproszczenie procesu. Zmiana dokładności numerycznej w odpowiednim momencie ma istotny wpływ na wysoce dynamiczny scenariusz obliczeniowy, w którym różnica między dokładnością w "najgorszym przypadku" a dokładnością w "typowym przypadku" może być ogromna. Po zastosowaniu w odbiorniku LTE typu MIMO (Advanced Multiple Input, Multiple Output (the Long Term Evolution (LTE) opracowanym w ramach projektu Third Generation Partnership Project (3GPP) metoda ta pozwoliła na obniżenie zużycia energii o 40% w porównaniu z implementacją opartą na stałej dokładności. Choć sama koncepcja jest prosta, jej wdrażanie jest niesłychanie żmudne, ponieważ wymaga wielu skończonych poprawek precyzji, składających się na bardzo czasochłonny proces optymalizacji. Uwzględniając tę prawidłowość, zespół opracował trzy metody umożliwiające większą automatyzację procesu projektowania w celu zminimalizowania złożoności projektu. Cyfrowe odwzorowania rzeczywistości stały się normą dzięki obliczeniom wykonywanym rutynowo przez urządzenia DSP i komputery. Uczestnicy projektu OPPORTUNISTIC-DSP poczynili ważne postępy w kierunku opracowania algorytmów i technik, które ułatwią inteligentne ograniczanie dokładności poprzez dokonywanie przybliżeń w odpowiednich momentach. Techniki te pozwalają znacząco obniżyć zużycie energii bez pogarszania funkcjonalności i mogą być uzupełnieniem wielu innych technik optymalizacji zużycia energii. Tym samym ten rodzaj DSP ma szansę stać się skutecznym sposobem na zmniejszenie obciążenia obliczeniowego oraz jednoczesne obniżenie zużycia energii elektrycznej i emisji.
