Informatique Durable et Gestion Énergétique

Ajit Singh, Morgane LELIEVRE

• Éditeur: Babelcube Inc.
• Année: 2022
• ISBN:
  9781667430225
• Sujet: Computer Science
• Sous-sujet: Information Technology

L'informatique durable est l'effort de réduction de la consommation d'énergie des ordinateurs par l'efficacité. Elle suit l'idéal de développement durable: le progrès sans compromettre le futur. Même si les ordinateurs n'utilisent que 3% de l'énergie aux Etats-Unis, les solutions informatiques permettent d'avoir une plus grande influence sur l'informatique durable. Les termes informatique durable, informatique verte, numérique responsable et éco-TIC peuvent être utilisés de manière interchangeable. Lorsqu'ils sont activement mis en œuvre, ils répondent à la responsabilité éthique de protéger l'environnement en soutenant l'efficacité énergétique. Pour les sociétés, l'informatique durable fait partie du programme de responsabilité sociale des entreprises (RSE). Trois motivations de l'informatique durable sont le profit, les règlementations et l'éthique.

Illustration 2.1: Equation d’énergie à simple transistor (t=1)

2.1.2 Electricité statique et fuites

L’électricité statique d’un circuit CMOS est déterminée par la fuite de courant dans chaque transistor. Il s’agit de la quantité d’énergie consommée par un circuit CMOS qui n’est pas reliée au changement d’état des transistors. C’est de l’énergie gaspillée qui est dissipée comme de la chaleur.

Avec la mise à l’échelle continue des appareils CMOS, les fuites de courant contribuent énormément à la consommation totale d’énergie. Diminuer la tension d’alimentation pour les transistors exige que la tension de seuil soit également réduite. Ceci augmente le courant de fuite inférieur au seuil. Le rapport entre la puissance de diffusion et la puissance totale est d’un intérêt particulier pour un microprocesseur moderne à  haute performance. Une puissance de diffusion pour un processeur Itanium ancien varie entre .2 et .4 lors des tests variés. Cela signifie que 20% à 40% de l’énergie consommée par cette unité centrale de traitement sous charge est gaspillée lorsqu’elle est comparée à une conception sans puissance de diffusion.

Des modèles ont été développés pour aider les concepteurs à comprendre la puissance de diffusion dans les circuits CMOS. La diffusion complète inclut le gate-to-channel, la tunnelisation directe des bords (EDT) et la diffusion sous le seuil. Les mécanismes majeurs de diffusion dans les appareils DG sont la diffusion sous le seuil et la diffusion portail. Dans ce cas, DG signifie transistors à double grille.

Réduire la puissance de diffusion est un problème de conception complexe. L’objectif est d’optimiser le profil du canal pour minimiser la diffusion o-state tout en maximisant les courants de commande linéaires et saturés. Avec une réduction de la tension de seuil (pour réaliser une performance élevée), la puissance de diffusion devient un composant significatif de la consommation totale d’énergie dans des modes de fonctionnement à la fois actifs et en veille.

2.1.3 Electricité dynamique

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Afin de comprendre l’électricité consommée par un ordinateur, il est important de maîtriser la mesure de puissance dynamique. Un Watt est une mesure à un moment précis. La somme du point fluctuant dans la mesure du temps est l’énergie consommée mesurée en Joules. Aujourd’hui, les limites sont basées sur la physique fondamentale, comme montré dans l’équation d’énergie dynamique : P = CV2f où P est la puissance, C la capacitance, V la tension et f la fréquence. Toutefois, la mesure la plus populaire de l’énergie de l’appareil pour l’analyse comparative est basée sur celle de la consommation d’énergie en Watts. Bien que la puissance (Watt) permette une bonne comparaison sur un intervalle de temps, elle ne reflète pas l’énergie totale des processus. Ainsi, l’énergie est (Joule, Watt/seconde) plus importante que la puissance (Watt).

L’énergie est obtenue en intégrant la puissance à un temps d’exécution comme montré sur les équations 4 et 5. Nous avons également eu les résultats en Joule en plus des Watts.

Notre mesure prend en compte le signal actuel intercepté entre la machine et la source de courant alternatif. Comme mentionné auparavant, en réalité, l’utilisation de la puissance du système (Watts) n’est pas constante. Ainsi, un suivi continu de celle-ci nous donnera une image plus précise. Comme résultat d’une variable aléatoire continue, l’énergie dynamique Edyn est :

Illustration 2.2: Equation d’énergie dynamique

Lorsque :

Illustration 2.3: Equation d’énergie dynamique 2

Notez que l’énergie Edyn est en Joules, le temps t est mesuré en secondes et la puissance P en watts. Par exemple, si l’équipement consomme 10 watts, et une seconde est nécessaire pour finaliser une tâche, alors nous avons besoin de 10 Joules pour chaque tâche. Pour obtenir la consommation d’énergie totale d’un procédé, nous enregistrons simplement le signal tout au long de son exécution. En fait, pour que l’enregistrement soit plus précis, le processus se répète de lui-même pendant au moins 120 secondes. Donc, même si le processus est si rapide que nous récupérons seulement des signaux alias, il est toujours possible d’obtenir une puissance moyenne approximative.

La diffusion dynamique de l’énergie a deux éléments. Le premier est l’interrupteur d’alimentation du fait de la capacité de charge du chargement et du déchargement. L’autre est la puissance de court-circuit en raison du temps de montée et descente non nul des formes d’ondes des données.

2.2 Réduction de l’énergie

2.2.1 Tension dynamique et conversion des fréquences

La tension dynamique et conversion des fréquences (DVFS) est utilisée afin d’obtenir une consommation d’énergie moins importante sur une charge dynamique UCT ; les vendeurs font référence à la DVFS comme des états P (P=performance). Cela permet une économie d’énergie des processeurs réglés pour des ordinateurs ou commercialisés comme EE (efficaces énergétiquement).

Le portillonnage de puissance par essence (PCPG) ou dynamique (DCG) est une autre technologie permettant aux noyaux d’un processeur multicœur de s’éteindre en l’absence de toute charge. La DVFS est explicitement contrôlée par le planificateur du système d’exploitation, mais d’un autre côté le PCPG est contrôlé automatiquement par le matériel informatique. Les états PCPG sont également appelés états C. Les processeurs i7 comprennent une unité de matériel informatique appelée unité de contrôle de puissance (UCP) qui surveille les états C d’un noyau en fonction de la charge.

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2.2.2 Refroidissement, chaleur dissipée et indicateur d’efficacité énergétique (PUE)

Chaque watt de puissance consommé est dissipé en chaleur. Lorsque l’ordinateur est dans un environnement frais, les calculs de coûts d’énergie devraient inclure l...

Table des matières

• Droits d'Auteur
• Informatique Durable et Gestion Énergétique
• Illustration 2.1: Equation d’énergie à simple transistor (t=1)
• Illustration 2.2: Equation d’énergie dynamique
• Illustration 2.3: Equation d’énergie dynamique 2
• Illustration 2.4: Interprétation de l’efficacité des PUE pour les centres de données