全球氣候變化的影響很多人都切實(shí)感受到了,比如肆虐的森林大火、長(zhǎng)時(shí)間的干旱、暴雨洪水等等。全球能源消耗不斷增加,造成二氧化碳濃度不斷升高,進(jìn)而引發(fā)極端天氣狀況。而之所以出現(xiàn)這些趨勢(shì),有兩個(gè)關(guān)鍵因素,一是向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變,二是互聯(lián)網(wǎng)流量的激增。 世界正在變得更加數(shù)字化、互聯(lián)化和智能化。但地球,以及所有將這個(gè)美麗的地方稱為家園的人,都在為之付出代價(jià)。那么我們應(yīng)該如何創(chuàng)造一個(gè)更可持續(xù)、更節(jié)能的世界呢? 創(chuàng)新引領(lǐng)我們走到了今天,也在帶領(lǐng)我們找到一條切實(shí)可行之路。從能源生產(chǎn)和輸送的方式到電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),電子行業(yè)現(xiàn)在可以采取多項(xiàng)措施來(lái)確保我們所建造的一切都能持續(xù)。 本文將介紹電子行業(yè)的四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域,通過(guò)在這些領(lǐng)域采用更可持續(xù)的做法,可以為下一代創(chuàng)造更加光明的未來(lái)。
當(dāng)前的形式有多糟糕?
非營(yíng)利機(jī)構(gòu)2 Degrees Institute開(kāi)展了一個(gè)追蹤從80萬(wàn)年前到現(xiàn)在的大氣中二氧化碳濃度變化的研究,該項(xiàng)研究表明,全球二氧化碳濃度正在急劇上升,從1922年的303.8 PPM增長(zhǎng)至現(xiàn)在的超過(guò)400 PPM。此外,Seeking Alpha發(fā)布的一份世界能源年度報(bào)告顯示,自1952年以來(lái),能源消耗增長(zhǎng)了7倍,其中大部分來(lái)自于化石燃料。 全球能源用量大幅增長(zhǎng)的一部分原因是向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變──這類巨大工程在大約900平方米(1萬(wàn)平方英尺)的空間內(nèi)部署至少5,000臺(tái)服務(wù)器來(lái)管理PB級(jí)的數(shù)據(jù),其效用在于能夠快速處理大量數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)流媒體視頻、超快速金融交易、大數(shù)據(jù)分析和人工智能(包括推理和學(xué)習(xí))所需的。但是,要完成這樣的數(shù)據(jù)處理,超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心需要消耗大量電力。國(guó)際能源署在一份關(guān)于數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的報(bào)告表示,在不考慮加密技術(shù)的情況下,2021年,數(shù)據(jù)中心的能源用量在220至330太瓦時(shí)(TWh)之間,約占全球最終電力需求的0.9%至1.3%。這比一些國(guó)家或地區(qū)的全年能源消耗還要多。 與此相關(guān),互聯(lián)網(wǎng)流量正在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。據(jù)Statista統(tǒng)計(jì),2021年,全球互聯(lián)網(wǎng)用戶達(dá)到49億人,占全球人口近三分之二的比例。與此同時(shí),思科預(yù)計(jì)今年全球互聯(lián)網(wǎng)流量將增加到每月396 EB,而2017年為每月122 EB。信息和通信技術(shù)(ICT)行業(yè)總共占全球碳排放量的2%以上。
現(xiàn)在是時(shí)候該行動(dòng)了
雖然電子行業(yè)的能源困境讓人望而卻步,但并非不可逾越。首先,新建超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心所使用的服務(wù)器往往比以前的更省電。根據(jù)《Nature》上發(fā)表的一份報(bào)告顯示,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(PUE)(即所需的總能量除以用于計(jì)算的能量)約為2.0,而超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心則約為1.2。 此外,通過(guò)采用更可持續(xù)的做法,我們可以在幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域取得更好的成果:
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能源輸送:擴(kuò)大可再生能源的使用,同時(shí)將數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)中心建在離風(fēng)能和太陽(yáng)能等能源更近的地方,會(huì)帶來(lái)很大的不同。使用可持續(xù)電池技術(shù)(如鎳鋅電池)也是如此。各大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或計(jì)劃很快實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)碳能源運(yùn)營(yíng)。
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電子系統(tǒng)設(shè)計(jì):采用系統(tǒng)到芯片的方法來(lái)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)可以降低功耗。另外還有增強(qiáng)能量耗散效果的技術(shù),以及利用AI等技術(shù)來(lái)優(yōu)化芯片能效的機(jī)會(huì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上,另一個(gè)關(guān)鍵方面是不斷增多的軟件內(nèi)容,從固件到操作系統(tǒng),再到應(yīng)用軟件等。
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運(yùn)營(yíng):從芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)到電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)解決方案、IP、制造和封裝,整個(gè)供應(yīng)鏈都可以采取可持續(xù)性措施。許多半導(dǎo)體公司已經(jīng)設(shè)定了減少溫室氣體排放的目標(biāo)。除此之外,我們還可以做更多的工作。
采用整體性方法來(lái)實(shí)現(xiàn)
節(jié)能設(shè)計(jì)
經(jīng)證實(shí),通過(guò)利用新思科技從架構(gòu)到簽核的整體性軟件驅(qū)動(dòng)方法,開(kāi)發(fā)者們能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)50%的能效。那么新思科技的解決方案是如何幫助系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)出色的性能功耗比的呢?
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軟件:在SoC設(shè)計(jì)過(guò)程中,軟件可謂功不可沒(méi),其作用包括協(xié)調(diào)芯片中的電源管理,以及確定功耗分析和優(yōu)化的關(guān)鍵場(chǎng)景。因此,有必要通過(guò)分析和優(yōu)化軟件來(lái)確保SoC實(shí)現(xiàn)最佳能效。
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架構(gòu):動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整(DVFS)、電源域和電壓島等電源管理策略可以帶來(lái)顯著的節(jié)能效果。除了這些策略外,功耗與性能的宏架構(gòu)權(quán)衡,以及IP選擇和權(quán)衡,可以節(jié)省30%至50%的電能。
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RTL:時(shí)鐘、數(shù)據(jù)、內(nèi)存和毛刺功耗的微架構(gòu)權(quán)衡有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能,查找和修復(fù)RTL電源塊以及使用工具引導(dǎo)的時(shí)鐘門控、數(shù)據(jù)門控和內(nèi)存大小調(diào)整也是如此。此處可能實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果:15%至30%。
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實(shí)現(xiàn):在動(dòng)態(tài)和泄漏功耗、電源完整性與功耗、性能和面積(PPA)權(quán)衡,以及功耗感知測(cè)試碼生成等領(lǐng)域采用自動(dòng)優(yōu)化技術(shù),可實(shí)現(xiàn)10%至15%的節(jié)能效果。
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簽核:通過(guò)采用以簽核為中心的方法實(shí)現(xiàn)功耗和電源完整性目標(biāo),再加上動(dòng)態(tài)和泄露功耗回收以及非常精確的工程變更命令(ECO)更改,可實(shí)現(xiàn)5%至10%的節(jié)能效果。
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驗(yàn)證:通過(guò)將驗(yàn)證工作集中在UPF功耗設(shè)計(jì)意圖驗(yàn)證和UPF驅(qū)動(dòng)的功能驗(yàn)證,有助于提高能效。
塑造智能未來(lái)
從可以購(gòu)物的冰箱到手術(shù)機(jī)器人,這個(gè)世界的智能化、互聯(lián)性和自動(dòng)化水平令人驚嘆。雖然這些應(yīng)用可以帶來(lái)很多益處,但也會(huì)在能耗和碳排放方面產(chǎn)生巨大的影響。 新思科技認(rèn)為,我們?cè)谒茉烊f(wàn)物智能的未來(lái)方面所扮演的角色不僅帶來(lái)了巨大的機(jī)遇,也產(chǎn)生了重要的責(zé)任,其中包括環(huán)保責(zé)任。我們稱之為“智能未來(lái)”戰(zhàn)略。我們認(rèn)為,只有做到可持續(xù)、公平和安全,才能成就智能未來(lái)。該戰(zhàn)略在環(huán)境方面采取了雙管齊下的方法。 第一步是在新思科技的商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中開(kāi)展合作,推動(dòng)積極的變革。第二步是優(yōu)化自身的運(yùn)營(yíng)足跡。減少溫室氣體排放只是我們?yōu)榇硕扇〉谋姸嗯e措之一。2022年,新思科技連續(xù)四年在全球運(yùn)營(yíng)方面獲得了CarbonNeutral公司的認(rèn)證。 電子行業(yè)有機(jī)會(huì)盡自己的職責(zé)來(lái)減少其創(chuàng)新成果對(duì)環(huán)境的影響。電子行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中已有眾多公司帶頭行動(dòng),新思科技便是其中之一,我們有信心協(xié)同各位開(kāi)發(fā)者一起,齊心協(xié)力創(chuàng)造更可持續(xù)的未來(lái)。 數(shù)十年來(lái),新思科技始終踐行低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色低碳理念,并將于2022年12月26日在廈門舉辦的2022 ICCAD峰會(huì)上重磅推出云上科普館,歡迎掃碼即刻進(jìn)入。

原文標(biāo)題:點(diǎn)“芯”成綠,電子行業(yè)如何塑造低碳可持續(xù)世界
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