Software ottimizzati riducono il consumo energetico dei computer

Finora il risparmio energetico dei computer si concentrava sull'hardware, che però ne costituisce soltanto una parte, forse persino quella minore, come dimostra un progetto dell'UE. Anche utilizzando un hardware a efficienza energetica, molto spesso il potenziale per il risparmio energetico viene sprecato da software inefficienti.

Il progetto ENTRA, che dovrebbe concludersi a settembre 2015, ha creato un prototipo di software sperimentale basato sulla semantica di programmazione, il quale indica ai programmatori quanta energia verrà consumata basandosi sul codice utilizzato. Lo strumento di ENTRA funziona insieme al programma e, mediante l'analisi del codice e la creazione di modelli energetici, mostra quanto il codice costerà al computer in termini di consumo energetico e quale sarà l'impatto della progettazione sull'utilizzo di energia.

"Si può paragonare all'efficienza del carburate di un'auto," ha detto il coordinatore di ENTRA, il prof. John Gallagher, dell'Università di Roskilde in Danimarca. "Tutti pensiamo che sia una proprietà dell'auto. Al momento dell'acquisto sappiamo che consuma 8 litri ogni 100 km, per esempio, ma ovviamente dipende dal modo in cui guidiamo. La stessa cosa vale per i computer. Pensiamo che l'energia sia legata all'hardware, ma sembra che sia possibile risparmiare più energia a livello del software, utilizzando lo stesso hardware, piuttosto che cercare di sviluppare hardware più efficienti dal punto di vista energetico. È qui che entra in gioco il progetto ENTRA."

USO DELL'ENERGIA VISIBILE PER IL PROGRAMMATORE

Il progetto ENTRA si occupa in particolare di efficienza energetica come obiettivo di progettazione e mira a una più rapida commercializzazione dei prodotti dalle aziende di TI. Lo strumento ENTRA mostra l'uso dell'energia in termini di Watt (consumo di elettricità) o in termini di fabbisogno energetico assoluto (l'energia necessaria per finire il lavoro) a seconda della velocità del processore (GHz). Piuttosto che aspettare che il programma sia installato e giri su una macchina, per misurare poi la sua energia (spesso troppo tardi per cambiare le cose), il programmatore avrà un primo quadro della situazione grazie alle previsioni energetiche nel codice.

Il consumo energetico dei computer è diventato un grande problema, sia dal punto di vista ambientale in termini di impronta di carbonio (carbon footprint), che dal punto di vista pratico a causa della necessità di batterie che durino di più. L'enorme crescita del cloud computing negli ultimi dieci anni ha fatto sì che i centri dati sono diventati grandissimi consumatori di energia. L'energia è necessaria non solo per raffreddare, ma anche per elaborare e trasferire i dati. Il metodo di ENTRA può agevolare sia la programmazione che l'organizzazione delle attività per ridurre al minimo il consumo di energia.

GRANDE RISPARMIO PER LE BATTERIE DEGLI SMARTPHONE

Poiché la richiesta di potenza di calcolo aumenta in modo esponenziale, le applicazioni software devono essere progettate in modo efficiente dal punto di vista energetico, per permettere che le batterie più piccole siano ricaricate meno frequentemente.

Per riuscire a soddisfare queste esigenze, il prototipo di ENTRA viene adesso testato su tre componenti che in genere consumano molta energia: l'elaborazione audio in tempo reale, il controllo di robot e motori e il collegamento in rete in tempo reale. Il software sviluppato viene fatto girare su hardware presso la XMOS, un'azienda produttrice di semiconduttori a Bristol, nel Regno Unito, che produce per i settori automobilistico, informatico e dei giochi. I ricercatori del progetto impegnati in questi casi di studio fanno sapere che il risparmio energetico potrebbe essere tra il 20 e il 50 per cento, per es. compattando i programmi e ottimizzando le tempistiche per permettere velocità del processore più basse.

XMOS ha in programma di integrare i componenti di ENTRA per l'ottimizzazione dell'energia nella sua toolchain. I risultati di ENTRA sono stati presentati anche ad aziende di livello internazionale come ARM e ST Microelectronics, e a studiosi di livello mondiale nel campo dell'informatica a efficienza energetica durante i workshop EACO (Energy Aware COmputing).

Scalare i risultati di ENTRA fino al livello del sistema è possibile, ha detto il professor Gallagher. "L'intero approccio è indipendente da qualsiasi particolare hardware o campo di applicazione, nel senso che si basa puramente sulla semantica del linguaggio di programmazione e su un modello energetico generale. Potremmo quindi applicare le stesse tecniche ai computer ad alte prestazioni," ha sottolineato.

Il progetto ENTRA, composto da 4 partner in Danimarca, Regno Unito e Spagna, è stato avviato a ottobre 2012 e si concluderà a settembre 2015, ricevendo un finanziamento di 2,1 milioni di euro dal 7º PQ.

Collegamento al sito web del progetto