全球氣候變化的影響很多人都切實感受到了,比如肆虐的森林大火、長時間的干旱、暴雨洪水等等。全球能源消耗不斷增加,造成二氧化碳濃度不斷升高,進(jìn)而引發(fā)極端天氣狀況。而之所以出現(xiàn)這些趨勢,有兩個關(guān)鍵因素,一是向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變,二是互聯(lián)網(wǎng)流量的激增。 世界正在變得更加數(shù)字化、互聯(lián)化和智能化。但地球,以及所有將這個美麗的地方稱為家園的人,都在為之付出代價。那么我們應(yīng)該如何創(chuàng)造一個更可持續(xù)、更節(jié)能的世界呢? 創(chuàng)新引領(lǐng)我們走到了今天,也在帶領(lǐng)我們找到一條切實可行之路。從能源生產(chǎn)和輸送的方式到電子系統(tǒng)的設(shè)計,電子行業(yè)現(xiàn)在可以采取多項措施來確保我們所建造的一切都能持續(xù)。 本文將介紹電子行業(yè)的四個關(guān)鍵領(lǐng)域,通過在這些領(lǐng)域采用更可持續(xù)的做法,可以為下一代創(chuàng)造更加光明的未來。
當(dāng)前的形式有多糟糕?
非營利機(jī)構(gòu)2 Degrees Institute開展了一個追蹤從80萬年前到現(xiàn)在的大氣中二氧化碳濃度變化的研究,該項研究表明,全球二氧化碳濃度正在急劇上升,從1922年的303.8 PPM增長至現(xiàn)在的超過400 PPM。此外,Seeking Alpha發(fā)布的一份世界能源年度報告顯示,自1952年以來,能源消耗增長了7倍,其中大部分來自于化石燃料。 全球能源用量大幅增長的一部分原因是向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變──這類巨大工程在大約900平方米(1萬平方英尺)的空間內(nèi)部署至少5,000臺服務(wù)器來管理PB級的數(shù)據(jù),其效用在于能夠快速處理大量數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)是實現(xiàn)流媒體視頻、超快速金融交易、大數(shù)據(jù)分析和人工智能(包括推理和學(xué)習(xí))所需的。但是,要完成這樣的數(shù)據(jù)處理,超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心需要消耗大量電力。國際能源署在一份關(guān)于數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的報告表示,在不考慮加密技術(shù)的情況下,2021年,數(shù)據(jù)中心的能源用量在220至330太瓦時(TWh)之間,約占全球最終電力需求的0.9%至1.3%。這比一些國家或地區(qū)的全年能源消耗還要多。 與此相關(guān),互聯(lián)網(wǎng)流量正在呈指數(shù)級增長。據(jù)Statista統(tǒng)計,2021年,全球互聯(lián)網(wǎng)用戶達(dá)到49億人,占全球人口近三分之二的比例。與此同時,思科預(yù)計今年全球互聯(lián)網(wǎng)流量將增加到每月396 EB,而2017年為每月122 EB。信息和通信技術(shù)(ICT)行業(yè)總共占全球碳排放量的2%以上。
現(xiàn)在是時候該行動了
雖然電子行業(yè)的能源困境讓人望而卻步,但并非不可逾越。首先,新建超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心所使用的服務(wù)器往往比以前的更省電。根據(jù)《Nature》上發(fā)表的一份報告顯示,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(PUE)(即所需的總能量除以用于計算的能量)約為2.0,而超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心則約為1.2。 此外,通過采用更可持續(xù)的做法,我們可以在幾個關(guān)鍵領(lǐng)域取得更好的成果:
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能源輸送:擴(kuò)大可再生能源的使用,同時將數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)中心建在離風(fēng)能和太陽能等能源更近的地方,會帶來很大的不同。使用可持續(xù)電池技術(shù)(如鎳鋅電池)也是如此。各大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運營商已經(jīng)實現(xiàn)或計劃很快實現(xiàn)全天候無碳能源運營。
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電子系統(tǒng)設(shè)計:采用系統(tǒng)到芯片的方法來設(shè)計電子系統(tǒng)可以降低功耗。另外還有增強(qiáng)能量耗散效果的技術(shù),以及利用AI等技術(shù)來優(yōu)化芯片能效的機(jī)會。在系統(tǒng)設(shè)計上,另一個關(guān)鍵方面是不斷增多的軟件內(nèi)容,從固件到操作系統(tǒng),再到應(yīng)用軟件等。
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運營:從芯片和系統(tǒng)設(shè)計到電子設(shè)計自動化(EDA)解決方案、IP、制造和封裝,整個供應(yīng)鏈都可以采取可持續(xù)性措施。許多半導(dǎo)體公司已經(jīng)設(shè)定了減少溫室氣體排放的目標(biāo)。除此之外,我們還可以做更多的工作。
采用整體性方法來實現(xiàn)
節(jié)能設(shè)計
經(jīng)證實,通過利用新思科技從架構(gòu)到簽核的整體性軟件驅(qū)動方法,開發(fā)者們能夠?qū)崿F(xiàn)超過50%的能效。那么新思科技的解決方案是如何幫助系統(tǒng)開發(fā)者實現(xiàn)出色的性能功耗比的呢?
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軟件:在SoC設(shè)計過程中,軟件可謂功不可沒,其作用包括協(xié)調(diào)芯片中的電源管理,以及確定功耗分析和優(yōu)化的關(guān)鍵場景。因此,有必要通過分析和優(yōu)化軟件來確保SoC實現(xiàn)最佳能效。
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架構(gòu):動態(tài)電壓頻率調(diào)整(DVFS)、電源域和電壓島等電源管理策略可以帶來顯著的節(jié)能效果。除了這些策略外,功耗與性能的宏架構(gòu)權(quán)衡,以及IP選擇和權(quán)衡,可以節(jié)省30%至50%的電能。
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RTL:時鐘、數(shù)據(jù)、內(nèi)存和毛刺功耗的微架構(gòu)權(quán)衡有助于實現(xiàn)節(jié)能,查找和修復(fù)RTL電源塊以及使用工具引導(dǎo)的時鐘門控、數(shù)據(jù)門控和內(nèi)存大小調(diào)整也是如此。此處可能實現(xiàn)的節(jié)能效果:15%至30%。
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實現(xiàn):在動態(tài)和泄漏功耗、電源完整性與功耗、性能和面積(PPA)權(quán)衡,以及功耗感知測試碼生成等領(lǐng)域采用自動優(yōu)化技術(shù),可實現(xiàn)10%至15%的節(jié)能效果。
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簽核:通過采用以簽核為中心的方法實現(xiàn)功耗和電源完整性目標(biāo),再加上動態(tài)和泄露功耗回收以及非常精確的工程變更命令(ECO)更改,可實現(xiàn)5%至10%的節(jié)能效果。
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驗證:通過將驗證工作集中在UPF功耗設(shè)計意圖驗證和UPF驅(qū)動的功能驗證,有助于提高能效。
塑造智能未來
從可以購物的冰箱到手術(shù)機(jī)器人,這個世界的智能化、互聯(lián)性和自動化水平令人驚嘆。雖然這些應(yīng)用可以帶來很多益處,但也會在能耗和碳排放方面產(chǎn)生巨大的影響。 新思科技認(rèn)為,我們在塑造萬物智能的未來方面所扮演的角色不僅帶來了巨大的機(jī)遇,也產(chǎn)生了重要的責(zé)任,其中包括環(huán)保責(zé)任。我們稱之為“智能未來”戰(zhàn)略。我們認(rèn)為,只有做到可持續(xù)、公平和安全,才能成就智能未來。該戰(zhàn)略在環(huán)境方面采取了雙管齊下的方法。 第一步是在新思科技的商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中開展合作,推動積極的變革。第二步是優(yōu)化自身的運營足跡。減少溫室氣體排放只是我們?yōu)榇硕扇〉谋姸嗯e措之一。2022年,新思科技連續(xù)四年在全球運營方面獲得了CarbonNeutral公司的認(rèn)證。 電子行業(yè)有機(jī)會盡自己的職責(zé)來減少其創(chuàng)新成果對環(huán)境的影響。電子行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中已有眾多公司帶頭行動,新思科技便是其中之一,我們有信心協(xié)同各位開發(fā)者一起,齊心協(xié)力創(chuàng)造更可持續(xù)的未來。 數(shù)十年來,新思科技始終踐行低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色低碳理念,并將于2022年12月26日在廈門舉辦的2022 ICCAD峰會上重磅推出云上科普館,歡迎掃碼即刻進(jìn)入。
原文標(biāo)題:點“芯”成綠,電子行業(yè)如何塑造低碳可持續(xù)世界
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