Opportunità di ottimizzazione energetica

L’elaborazione numerica dei segnali (DSP) riguarda un grande numero di tecniche usate per migliorare i segnali digitali per una maggiore precisione e affidabilità. Il mondo è per natura analogico, ma i computer (in realtà, i convertitori analogico-digitale) digitalizzano i segnali per usarli. La DSP aiuta a distinguere il segnale dal rumore.

Le applicazioni della DSP sono praticamente illimitate. Esse comprendono i modem digitali per la comunicazione wireless e gli smartphone, oltre ai sistemi per eventi altamente dinamici come ad esempio il monitoraggio delle condizioni di salute e l’elaborazione audio e video. I sistemi di ingegneria sono spesso progettati per affrontare lo scenario peggiore, e la DSP non costituisce un’eccezione. La precisione dell’elaborazione è mantenuta a un livello molto alto in tutti i casi a spese dell’efficienza energetica.

Un nuovo quadro pratico per ridurre in modo dinamico la precisione quando le condizioni sono appropriate potrebbe produrre un impatto notevole sull’uso dell’energia e sugli sprechi. Il progetto OPPORTUNISTIC-DSP, supportato dall’UE, ha sviluppato uno schema per le applicazioni a elevato consumo di energia, dove si potrebbe ottenere il massimo beneficio abbassando il carico computazionale quando possibile.

Gli scienziati hanno identificato un certo numero di caratteristiche elastiche specifiche del contesto, hanno adattato i calcoli per l’ottimizzazione (operatore, numero e precisione), e hanno monitorato le condizioni di attuazione ininterrottamente per trovare delle opportunità di semplificazione. Anche se in apparenza è un’operazione semplice, modificare la precisione infinita in precisione limitata nei momenti opportuni produce un impatto considerevole in uno scenario computazionale estremamente carico. Quando applicato su un ricevitore avanzato con input e output multipli (la LTE (Long Term Evolution) sviluppata dal progetto di partenariato di terza generazione (3GPP)), il quadro ha ottenuto una riduzione del 40 % del consumo energetico rispetto agli algoritmi originali.

Anche se il concetto è semplice, la sua attuazione non lo è data la complessità dei sistemi ai quali viene applicato. Riconoscendo questo, il team ha sviluppato tre approcci per consentire una maggiore automazione del processo di progettazione finalizzata a ridurre al minimo la complessità del progetto.

Le rappresentazioni digitali del mondo sono diventate la norma con i calcoli effettuati regolarmente in modo veloce da dispositivi DSP e computer. OPPORTUNISTIC-DSP ha compiuto un importante progresso nella direzione degli algoritmi e delle tecniche che agevoleranno delle riduzioni intelligenti della precisione mediante approssimazioni opportunistiche. Si è dimostrato che queste tecniche sono in grado di ridurre significativamente il consumo energetico al pari di quello che riuscirebbe a fare una qualsiasi altra tradizionale ottimizzazione per il risparmio di energia senza deteriorare la funzionalità. Perciò, la DSP opportunistica potrebbe rappresentare un modo importante per diminuire il carico computazionale e simultaneamente abbassare il consumo di elettricità e le emissioni associate.