Costo energetico dell'IT

Pubblicato da Istituto Santa Fe in MANUTENZIONE · 10 Aprile 2019
Tags: costo, information, technology, energia, per, IT, 24Care

Per decenni, i fisici hanno lottato con la comprensione del costo termodinamico della manipolazione delle informazioni, che ora chiameremmo informatica. Quanta energia ci vuole, ad esempio, per cancellare un singolo bit da un computer? Che dire delle operazioni più complicate? Queste sono domande pressanti e pratiche, dal momento che i computer artificiali sono porci di energia, che sostengono una percentuale stimata del 4% dell'energia totale consumata negli Stati Uniti.

Queste domande non sono limitate alle macchine digitali costruite da noi. Il cervello umano può essere visto come un computer - uno che divora circa il 10-20% di tutte le calorie che una persona consuma. Anche le cellule viventi possono essere viste come computer, ma i computer "sono di molti ordini di grandezza più efficienti" di quelli costruiti da un laptop o uno smartphone, afferma David Wolpert del Santa Fe Institute.

Wolpert, matematico, fisico e informatico, è stato in prima linea in una rapida ripresa di interesse per una profonda comprensione del costo energetico dell'informatica. La ricerca sta ora facendo passi da gigante, grazie ai progressi nell'uso di alcuni strumenti rivoluzionari recentemente sviluppati nella fisica statistica, al fine di comprendere il comportamento termodinamico dei sistemi di non equilibrio. La ragione per cui questi strumenti sono così importanti è che i computer sono sistemi decisamente non di equilibrio. (Scollegare il laptop e attendere che raggiunga l'equilibrio, quindi vedere se funziona ancora.) Anche se Wolpert si avvicina principalmente a questi problemi utilizzando strumenti di informatica e fisica, c'è anche un forte interesse da parte di ricercatori in altre aree, compresi quelli che studiano reazioni chimiche, biologia cellulare e neurobiologia.

Tuttavia, la ricerca nella fisica statistica del non equilibrio avviene in gran parte nei silos, dice Wolpert. In una recensione pubblicata oggi sul Journal of Physics A , Wolpert raccoglie i recenti progressi nella comprensione della termodinamica del calcolo che si fonda sull'informatica e la fisica. La revisione funziona come una sorta di rapporto sullo stato della scienza per una rapida ricerca interdisciplinare.

"È fondamentalmente un'istantanea dello stato attuale dei campi, in cui queste idee stanno iniziando a esplodere, in tutte le direzioni", dice Wolpert.

Nel documento, Wolpert riassume per la prima volta le idee teoriche pertinenti dalla fisica e dall'informatica. Quindi discute cosa è noto del costo entropico di una serie di calcoli, dalla cancellazione di un singolo bit alla gestione di una macchina di Turing. Prosegue mostrando come le innovazioni nella fisica statistica del non equilibrio abbiano consentito ai ricercatori di sondare più formalmente quei casi, andando ben oltre la semplice cancellazione bit.

Wolpert tocca anche le questioni sollevate in questa recente ricerca che suggeriscono sfide del mondo reale, come la progettazione di algoritmi con il risparmio energetico in mente. I sistemi biologici possono, ad esempio, servire da ispirazione per progettare computer con costi termodinamici minimi?

"Siamo sorpresi e stupiti in molti modi", dice Wolpert. Nel mettere insieme la recensione, e coeditare un libro sull'argomento uscito entro la fine di quest'anno, "abbiamo scoperto i fenomeni che nessuno ha analizzato prima che fossero molto naturali per noi, mentre perseguiamo questa versione moderna della termodinamica del calcolo. "