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La eficiencia energética de los dispositivos es tan importante como su rendimiento
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La eficiencia energética de los dispositivos es tan importante como su rendimiento

Se están logrando mejoras en la eficiencia energética justo a tiempo para la explosión de los dispositivos móviles y del desarrollo del internet de las cosas

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A menudo se dice que la ingeniería es una negociación entre los sueños y la realidad. Sin duda, el proceso de equilibrar los factores competitivos de la informática de alto rendimiento, el bajo consumo de energía, la refrigeración y el peso ligero, es un ejemplo perfecto de las ventajas y desventajas de la ingeniería que se deben considerar con cada diseño.

No hace mucho tiempo, la informática de bajo consumo suponía, automáticamente, diseños de bajo rendimiento. Esto ya no es cierto. El enfoque de la industria móvil hacia la eficiencia de energía y la optimización del factor de forma está produciendo resultados que parecen contradecir esta suposición que se ha mantenido durante tanto tiempo.

Durante el proceso, algunos de los antiguos acuerdos de ingeniería están siendo alterados significativamente, marcando el comienzo de una nueva era de informática de alta eficiencia energética. Las últimas novedades apuntan a interesantes mejoras en la eficiencia energética - justo a tiempo para satisfacer la inmensa demanda de energía que se espera de la explosión de los dispositivos móviles y del desarrollo del internet de las cosas.

Lo que estamos presenciando es una reacción a la expansión de la demanda de energía y a la sobrecarga del suministro energético. Nuestro futuro informático se está enfrentando al enorme crecimiento de los dispositivos, a la información contra el aumento de los costos de energía y a una infraestructura energética ya sobrecargada. Una parte considerable de la solución consiste en aumentar la eficiencia energética de nuestros dispositivos informáticos a un nivel similar al de las impresionantes mejoras en el rendimiento de los microprocesadores alcanzadas durante los últimos 30 años de informática de PC.

Factores clave para la eficiencia: integración, innovación ygestión

Las tecnologías móviles de hoy en día utilizan avances que comprimen el rendimiento más potente en dispositivos cada vez más pequeños, aumentan la vida de la batería, reducen el peso y el calor, y prácticamente eliminan la necesidad de ventiladores ruidosos. Muchas mejoras en la eficiencia de la energía son el resultado de rechazar el viejo modelo de gestión de energía del PC de "cuanto más grande, mejor" a favor de un nuevo enfoque holístico que integra las funciones de administración de energía en todo el sistema. Este nuevo enfoque ha dado lugar a avances en la integración de sistemas, la innovación del procesamiento y la gestión de energía en reposo.

Estos nuevos métodos de integración de sistemas incluyen Arquitecturas de Sistema Heterogéneo (HSAs) que combinan CPUs y GPUs en la misma pieza de silicio, a menudo llamadas unidades de procesamiento acelerado, o APUs. Esto reduce el uso típico del consumo de energía mediante la eliminación de interfaces que roban energía entre los chips y permitiendo a las herramientas de gestión en el chip que asignen y reduzcan de manera eficiente la energía entre los componentes integrados.

Los dispositivos alimentados por HSA ayudan a aumentar el procesamiento de la eficiencia mediante la selección y el enrutamiento de las cargas de trabajo hacia procesador mejor dotado para ese trabajo, lo que aumenta el rendimiento de las aplicaciones de oficinas estándar, de la emergente "informática visual" y de la interfaz natural de usuario. En resumen, los dispositivos de la HSA están diseñados para ofrecer capacidades de rendimiento mejoradas utilizando menos energía.

Otra área nueva y prometedora de la gestión de energía se centra en los modos de bajo consumo o de reposo. La gestión de modos de reposo es ideal para los dispositivos móviles, ya que requieren un alto rendimiento durante períodos cortos, seguidos por intervalos de inactividad relativamente largos mientras el usuario espera una respuesta u observa un resultado. La clave está en un diseño que cuente con modos de inactividad de muy bajo consumo, permitiendo que el dispositivo entre en esos modos tan pronto como sea posible y cree una configuración de chip flexible, de tal manera que existe una configuración de bajo consumo en la que siempre puede entrar rápidamente.

Con estas innovaciones, la eficiencia energética ya no es la relación del rendimiento máximo dividido por el cálculo de la potencia de pico (es decir, la máxima eficiencia de uso), sino más bien, el rendimiento máximo dividido por el cálculo de la potencia de uso típico. El rendimiento se transfiere durante ráfagas cortas de tiempo para dar al usuario la respuesta rápida deseada, mientras que la potencia suele ser mucho menor que la potencia pico debido al uso agresivo de los mencionados modos de bajo consumo.

Esta evaluación de la eficiencia se denomina "eficiencia energética de uso típico ", y está mejorando a un ritmo mucho más rápido que la máxima eficiencia de uso debido a la innovación de arquitectura y de gestión de energía.

El diseño para la eficiencia de rendimiento por vatio

El rendimiento de la informática se evalúa habitualmente mediante medidas estándar de la industria incluyendo FLOPS, MIPS, y otras evaluaciones de referencia populares. La medición de la pieza de rendimiento de la ecuación de eficiencia energética puede ser más difícil porque es un objetivo en movimiento continuo, con cambios continuos mientras el sistema gestiona diferentes cargas de trabajo.

El rendimiento por vatio mide el cómputo distribuido por un dispositivo por cada vatio de energía consumida. Tal y como he mencionado, la gestión avanzada de energía permite a la eficiencia que se determine más por los vatios consumidos en los modos de bajo consumo que por los vatios consumidos durante los breves períodos de cómputo pico. Esta medida se usa con regularidad para evaluar la eficiencia de las plataformas múltiples, incluyendo teléfonos móviles, tabletas, ordenadores portátiles y dispositivos integrados.

El desafío está en revertir la mentalidad de “sólo rendimiento” de los últimos 30 años de informática, así como diseñar la próxima generación de dispositivos para una óptima eficiencia en el rendimiento por vatio. Otro desafío relacionado es el de identificar la referencia de rendimiento más representativa para reflejar el uso de la energía típica de los dispositivos móviles de hoy en día.

El alto rendimiento unido a un alto consumo de energía ya no es una opción para muchos dispositivos. Esto es especialmente relevante para las necesidades de energía de miles de millones de nuevos dispositivos informáticos que forman el internet de las cosas. Del mismo modo, los usuarios no aceptarán dispositivos que ofrezcan bajo consumo de energía, pero con bajo rendimiento, lo que presenta un desafío considerable para los diseñadores.

El imperativo mundial de la eficiencia energética

Los procesadores que se utilizan en muchos de los dispositivos informáticos de hoy en día son aproximadamente diez veces más eficientes que los de hace tan sólo seis años, y para el año 2020, se espera que el uso típico de la eficiencia energética de los mejores de ellos se multiplique por 25. Esta es una buena noticia para los usuarios de ordenadores, la industria informática y el planeta.

Con los miles de millones de nuevos dispositivos que se espera que estén conectados a finales de la década, y cada unos de ellos atrayendo su cuota de energía de una red mundial tensa, los diseños de bajo consumo serán una prioridad durante los próximos años. Afortunadamente, los avances con los microprocesadores APU, la integración del SoC, la gestión inteligente de la energía y el rendimiento de cómputo suministrados por la próxima generación de informática heterogénea, ayudan a abordar el imperativo global de la eficiencia energética.

Nuestro futuro informático no tiene porqué ser una negociación. Diseñadores innovadores están desarrollando dispositivos que consiguen simultáneamente un alto rendimiento y un bajo consumo de energía. Hay un futuro brillante para las innovaciones que permitan avanzar en el rendimiento tecnológico, mientras que mejoran de la eficiencia energética.

Sasa Marinkovic es el jefe de soluciones tecnológicas de AMD, fabricante de microprocesadores y procesadores gráficos.

A menudo se dice que la ingeniería es una negociación entre los sueños y la realidad. Sin duda, el proceso de equilibrar los factores competitivos de la informática de alto rendimiento, el bajo consumo de energía, la refrigeración y el peso ligero, es un ejemplo perfecto de las ventajas y desventajas de la ingeniería que se deben considerar con cada diseño.

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