Nueva técnica reduce a la mitad el consumo de los dispositivos informáticos

El avance podría aplicarse a la visualización de audio y video, a los juegos o al reconocimiento de imágenes en tiempo real
Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington ha desarrollado un sistema de programación que disminuye el consumo de energía de los ordenadores y teléfonos móviles entre un 50 y un 90%. La técnica se basa en el aprovechamiento de operaciones que pueden sobrevivir a pequeños errores producidos durante reducciones de voltaje o en comprobaciones de precisión menos exhaustivas, entre otros recursos.

El uso de ordenadores, centros de datos y dispositivos móviles cada vez más potentes lleva aparejado un aumento del consumo de energía. Muchos expertos están trabajando para reducir este gasto. La mayoría de estos proyectos se centran en buscar sistemas más eficientes de refrigeración o en modos de ahorro de energía.

Ahora, investigadores de la Universidad de Washington (UW) proponen una forma distinta de control de consumo energético, que permitirá que los programadores reduzcan el gastos de energía de los unos y los ceros en el propio código.

El grupo de especialistas de dicha universidad ha creado un sistema, llamado EnerJ, que reduce el consumo de energía hasta un 50%, y que tiene el potencial de llegar a reducirlo incluso hasta en un 90%, señala un comunicado emitido por la Universidad de Washington. Este sistema se presentará la próxima semana en el encuentro anual de Diseño e Implementación de Lenguajes de Programación que se celebrará en San José (California).

“Todos sabemos que el consumo de energía es un gran problema. Con nuestro sistema, los usuarios de telefonía móvil notarían sus beneficios en terminales más pequeños, en una mayor duración de la batería o en ambos casos, y los centros informáticos lo verían reflejado en la factura de la luz”, afirma Luis Ceze, uno de los autores de la investigación y profesor asistente de Informática e Ingeniería de la UW, en la mencionada nota.

Pequeños errores sin importancia

El sistema se basa en la idea de aprovechar los procesos informáticos que pueden sobrevivir a pequeños errores que ocurren cuando, por ejemplo, el voltaje se reduce o se aminoran las comprobaciones de exactitud. Algunos ejemplos de aplicaciones posibles son el streaming de audio y video, los juegos y el reconocimiento de imágenes en tiempo real, para aplicaciones de realidad aumentada en dispositivos móviles.

En palabras de otro de los autores del estudio, el estudiante de doctorado de la UW en Informática e Ingeniería Adrian Sampson: “el reconocimiento de imagen tiene que ser tolerante con los pequeños problemas, como una mota de polvo en la pantalla. Si introducimos unos manchas más en la imagen debido a los errores, el algoritmo debería seguir funcionando correctamente y esto nos podría hacer ahorrar energía”.

El sistema crea dos piezas entrelazadas de código: una de ellas es la parte exacta – por ejemplo, el cifrado de la contraseña de una cuenta bancaria- y la otra parte está destinada a todos los procesos que podrían sobrevivir a fallos ocasionales. El software crea una barrera impenetrable entre las dos piezas: “Hacemos que sea imposible la fuga de datos de la parte aproximada a la parte precisa. Usted está completamente seguro de que esto no puede suceder”, garantiza Sampson.

Menos voltaje

Mientras el uso eficiente de la energía en los ordenadores resulta frustrante y costoso, todavía queda otra cuestión fundamental en juego. Algunos expertos creen que nos estamos acercando al límite en el número de transistores que se pueden ejecutar en un único microchip.

Se trata del llamado “problema del silicio negro”, que hace referencia a la infrautilización de los transistores que hay en cada chip al no disponer de la suficiente potencia para utilizar todos los transistores al mismo tiempo.

El sistema de la Universidad de Washington funcionaría como un regulador de intensidad que permitiría que algunos transistores trabajasen a un voltaje más bajo. Las tareas aproximadas podrían funcionar en las regiones más oscuras del chip.

Los investigadores podrían utilizar el programa con un nuevo tipo de hardware, en el que algunos transistores tengan un voltaje más bajo. Esto aumentaría ligeramente el riesgo de errores al azar, por lo que EnerJ trasladaría sólo la resolución de las tareas aproximadas a estos transistores. “Si usted puede permitirse un error cada 100.000 operaciones más o menos, ya se puede ahorrar mucha energía”, asegura Ceze.

Otras formas de usar el hardware para ahorrar energía consisten en reducir la frecuencia de actualización y la tensión del chip de memoria.

Del 50 al 90% de ahorro energético

Las simulaciones realizadas por el equipo de investigación estadounidense demostraron que EnerJ reduce el consumo de energía alrededor del 20 a 25% como media, dependiendo de la agresividad del enfoque. En uno de los casos se llegó hasta casi el 50%. Los investigadores ya están diseñando un hardware para probar sus resultados en el laboratorio.

Los ordenadores de hoy en día también podrían utilizar EnerJ con un enfoque puramente basado en el software. Por ejemplo, el equipo podría redondear números o saltarse algunas comprobaciones de precisión extra en la parte aproximada del código para ahorrar energía. Según las estimaciones de los investigadores, esto supondría un ahorro energético de entre un 30 y un 50%, basado únicamente en el software. Por tanto, los científicos de la UW consideran que la combinación de los métodos de software y hardware podrían reducir el consumo de energía en un 90%.

“Nuestro objetivo a largo plazo sería mejorar en 10 veces la vida de la batería”, apunta Ceze en el comunicado. El equipo espera lanzar el sistema como una herramienta de código abierto este verano.

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