高能效信息技術(shù)的未來(lái)――超越摩爾定律

雖然單憑高能效IT并不能充分解決氣候變化問(wèn)題，但它卻是解決方案的重要組成部分。作為將畢生精力投入到高科技行業(yè)的一分子，我為我們在節約能源方面取得的成果，以及這些技術(shù)給整個(gè)世界帶來(lái)的價(jià)值感到非常自豪。而未來(lái)將要誕生的創(chuàng )新甚至讓我更加興奮。

在微處理器發(fā)展的前20年中，唯一的目標是如何使其極速運行。而在過(guò)去10年，這一目標則持續圍繞如何提高效率!乍一聽(tīng)很可笑，但如果您意識到機器在待機狀態(tài)下比運行時(shí)更節能，就不會(huì )這么覺(jué)得了。試想一下：當阿波羅13號的宇航員們遭遇險境時(shí)，讓他們順利返航的關(guān)鍵，就是關(guān)閉所有非必要系統來(lái)節省能源。并且只有在系統工作所需的精確時(shí)間內才將其開(kāi)啟?，F代微處理器和片上系統可以自動(dòng)完成這一動(dòng)作 — 我們無(wú)需再等候任務(wù)控制中心的緊急指令?，F代硅芯片的準則是快速運行，然后關(guān)閉。它們具備啟用和管理單個(gè)功能塊功耗的能力，從而更加智能地完成這一操作：選擇運行關(guān)鍵任務(wù)和優(yōu)化運行，或是關(guān)閉以節省電力。

Mark Papermaster

AMD高級副總裁兼首席技術(shù)官

信息技術(shù)(IT)是日常生活的一部分

當我們樂(lè )此不疲地查看手持設備時(shí)，很少有人會(huì )想到究竟是什么樣的IT基礎設施，才能做到將所有的信息都置于我們掌上。而考慮運行這種基礎設施所需能源的人，更是少之又少。 我們大多數人關(guān)于IT能效最關(guān)注的一點(diǎn)，就是希望電池能夠支撐一整天的使用。

從流媒體視頻或音樂(lè )到共享照片、到社交媒體，再到跟蹤我們的健身信息，抑或是評價(jià)餐廳，我們與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系從未如此緊密，而未來(lái)的發(fā)展沒(méi)有終點(diǎn)。智能手機風(fēng)暴席卷全球始自2007年iPhone的推出。開(kāi)發(fā)商繼而推出幾乎我們能想得到的應用，智能手機成為生活中不可或缺的一部分。例如，據2012年一篇報道指出，18歲至29歲的人群當中有90%在睡覺(jué)時(shí)把智能手機放在身邊，這一數字令人震驚! 計算設備正在飛速地滲透到日常生活的一點(diǎn)一滴。

接下來(lái)即將來(lái)臨的是可穿戴技術(shù)，如谷歌眼鏡®、智能手表和各式各樣的健身或健康監測設備 --——它們無(wú)不希望在市場(chǎng)上爭奪一席之地。而所有這一切的發(fā)生正是始于超級互聯(lián)的“物聯(lián)網(wǎng)”，大量設備或電器將與互聯(lián)網(wǎng)連接，“環(huán)繞計算(Surround Computing)”將讓我們沉浸于計算性能，預測我們的需求，并且為我們無(wú)縫提供與環(huán)境有關(guān)的信息。 環(huán)繞計算真可謂是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的“超集合”，因為它同樣描述了我們將如何自然地與技術(shù)進(jìn)行互動(dòng)，以及技術(shù)將如何以各種新穎、令人激動(dòng)的方式給我們帶來(lái)更多的可能性。但與此同時(shí)，關(guān)于如何解答向不斷增長(cháng)的基礎架構供能這一重要命題，也不斷地被提及。

IT能耗巨大且持續增長(cháng)

根據麻省理工學(xué)院能源倡議，“全球30億臺個(gè)人電腦所消耗的能源超過(guò)全球能耗總量的1%，3000萬(wàn)臺計算機服務(wù)器所消耗的電力又額外增加了全球能耗總量的1.5%，每年的成本為140億至180億美元。 此外，來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng)、智能手機和萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)用量的爆發(fā)式增長(cháng)，也會(huì )使這一數字不斷激增。” 同樣，據美國能源署預計，“在美國，IT及電信設施每年消耗約1200億千瓦時(shí)的電量 — — 或占全美用電的3%。”

能效和IT

但好消息是，正如Jonathan Koomey博士在麻省理工學(xué)院科技評論上所論述的那樣，“自20世紀70年代以來(lái)，計算機性能實(shí)現了大幅穩步增長(cháng)，每過(guò)一年半就會(huì )翻倍。而自計算機時(shí)代以來(lái)，計算的能效(每千瓦時(shí)用電可以完成的計算數目)同樣每過(guò)一年半就會(huì )翻倍。” 我相信被動(dòng)散熱型的筆記本電腦、手機和平板電腦也都會(huì )延續這一趨勢，從而引發(fā)使用電池供電的計算設備功耗迅速降低。

Koomey博士還在其文章中指出“據觀(guān)察，執行一項需要固定計算次數的任務(wù)，每一年半所用電量減少一半(或者每十年減少100倍)。” 如果這聽(tīng)起來(lái)很熟悉，那并不奇怪。這就是1965年由戈登·摩爾(GordonMoore)發(fā)現的指數改善趨勢— —即廣為人知的摩爾定律。摩爾定律曾精確地預測一個(gè)CPU上的晶體管數目每?jì)赡陮⒃黾右槐?。最高能效的趨勢遵循相同的模式，因為當我們在一個(gè)處理器內裝入更多的晶體管時(shí)，電流在設備中經(jīng)過(guò)的距離就會(huì )縮短，傳輸的速度也會(huì )變快，從而減少了執行特定單元的計算所需的電量。

但是在過(guò)去十年，曾經(jīng)幾近穩定的能效增長(cháng)其實(shí)已經(jīng)放緩，現在則大大落后于摩爾定律的預測?，F在的問(wèn)題是如何才能以最好的方式回到正軌上?

超越摩爾定律： 高能效IT的未來(lái)

未來(lái)，IT行業(yè)的能效預計將繼續提高，但增長(cháng)方式將發(fā)生很大變化。 例如，AMD最近宣布了一個(gè)雄心勃勃的目標，2014 年至2020 年，要使我們整個(gè)移動(dòng)處理器產(chǎn)品線(xiàn)的“一般使用”能效增加25倍。我們計劃通過(guò)加速性能和降低能耗相結合的手段來(lái)實(shí)現這一目標。 如果我們能達成這一目標，這就意味著(zhù)到2020 年時(shí)，采用AMD技術(shù)的計算機僅需當今計算機 1/5的時(shí)間來(lái)完成同樣的計算任務(wù)，而平均能耗還不到當今計算機的1/5。我們可以設想一下，您開(kāi)的汽車(chē)可以獲得同樣的性能提升。假設能耗比利用率相似：如果現在您開(kāi)的是100馬力的車(chē)，每加侖汽油可跑30英里，6年內其性能提升25倍，那么到2020年，您開(kāi)500馬力的車(chē)時(shí)，每加侖汽油可跑150英里。

2008年，該產(chǎn)品線(xiàn)剛剛實(shí)現了能效的10倍增長(cháng)，瞬即這一雄心勃勃的目標就應運而生。未來(lái)的差別就是，多數收益將不再依賴(lài)于縮小單晶硅制程尺寸的傳統方法，抑或是業(yè)內人士所說(shuō)的“快速到達下一個(gè)制程節點(diǎn)”。

我們通過(guò)處理器架構升級和智能功耗管理對能效進(jìn)行積極的設計，而不是單純等待下一代硅技術(shù)投入使用。而且，在2014年至2020年期間，通過(guò)實(shí)現這一目標所獲得的能效收益，將超過(guò)摩爾定律的效率趨勢至少70%。

以下是關(guān)鍵設計創(chuàng )新中的幾項，將有助于推動(dòng)AMD高能效IT在未來(lái)的發(fā)展：

·異構計算和功耗優(yōu)化：AMD加速處理器(APU)在一顆芯片上同時(shí)整合了中央處理器(CPU)以及圖形處理器(GPU)。將CPU和GPU融合在同一顆芯片上，取消了獨立芯片之間的連接，從而實(shí)現節能。AMD通過(guò)APU使計算工作負載在CPU和GPU之間無(wú)縫轉移，效率得到優(yōu)化，從而節省更多能源。作為異構系統架構的一部分，這一做法正在被業(yè)內廣泛采用。