Weniger Energieverbrauch durch bessere Computersoftware

Bisher war das Ziel bei Energieeinsparungen durch Computer die Hardware. Die Hardware ist jedoch nur ein Teil, vielleicht sogar der kleinere, wie ein neues EU-Projekt zeigt. Sogar bei energieeffizienter Hardware geht viel Einsparpotenzial durch ineffiziente Software auf den Systemen verloren.

Das Projekt ENTRA, das bis September 2015 läuft, hat einen experimentellen Software-Prototypen auf Grundlage von Programmierungssemantik erstellt, der Programmierern angibt, wie viel Energie der geschriebene Code verbraucht. Das ENTRA-Tool funktioniert mit dem Programm und zeigt über eine Code-Analyse und Energiemodellierung an, wie viel Energie der Computer durch den Code verbrauchen wird und welchen Einfluss Entwurfsentscheidungen auf die Energie haben werden.

"Stellen Sie einen Vergleich mit der Treibstoffeffizienz eines Autos an", sagte der ENTRA-Koordinator Professor John Gallagher von der Universität Roskilde in Dänemark. "Wir fassen das als Eigenschaft des Autos auf. Sie kaufen ein Auto, das ca. 8 Liter auf 100 km verbrauchen soll, aber das hängt natürlich von Ihrer Fahrweise ab. Dasselbe gilt auch für Computer. Sie denken, dass der Energieverbrauch mit der Hardware zu tun hat, aber es scheint, dass mit derselben Hardware mehr Energie auf der Software-Ebene eingespart werden kann, als Anstrengungen in die Entwicklung energieeffizienterer Hardware gesteckt werden können. Genau hier kommt das Projekt ENTRA zum Einsatz."

FÜR DEN PROGRAMMIERER SICHTBARER ENERGIEVERBRAUCH

Das Projekt ENTRA konzentriert sich auf Energieeffizienz als Designziel und zielt darauf ab, energieeffiziente Produkte von IT-Unternehmen schneller auf den Markt zu bringen. Das ENTRA-Tool zeigt den Energieverbrauch in Watt (Energieverbrauch) oder nach absolutem Energiebedarf (zur Beendigung der Aufgabe erforderliche Energie) je nach Prozessorgeschwindigkeit (GHz) an. Anstatt warten zu müssen, bis das Programm installiert ist und der Computer läuft, um die Energie zu messen (oft ist es dann zu spät, um etwas zu ändern), erhält der Programmierer frühzeitig ein Bild über den prognostizierten Energieverbrauch des Codes.

Der Energieverbrauch von Computer ist eine Hauptsorge geworden, sowohl in ökologischer Hinsicht für den CO2-Fuβabdruck als auch in praktischer Hinsicht für eine längere Batterielaufzeit. Das schnelle Wachstum beim Cloud-Computing in den letzten Jahrzehnten bedeutet, dass Rechenzentren immense Energiemengen verbrauchen. Die Energie wird nicht nur für die Kühlung benötigt, sondern auch um Daten zu verarbeiten und zu transportieren. Der ENTRA-Ansatz kann dabei helfen, die verbrauchte Energie bei der Programmierung und bei der Aufgabenplanung zu verringern.

GROSSE EINSPARUNGEN BEI SMARTPHONE-BATTERIEN

Da die Nachfrage nach Rechenleistung exponentiell ansteigt, müssen Software-Anwendungen energieeffizient aufgebaut werden, damit kleinere Batterien weniger oft aufgeladen werden müssen.

Einerseits wird versucht, diese Probleme zu lösen, andererseits wird der ENTRA-Prototyp auf drei typische energieintensive Komponenten getestet: Echtzeit-Audioverarbeitung, robotische und motorische Steuerung sowie Echtzeit-Netzwerkverbindungen. Die Referenzsoftware wird auf Hardware bei XMOS betrieben, einem Unternehmen der Halbleiterbranche in Bristol, Großbritannien, das für die Automobil-, Rechen- und Spielebranche tätig ist. Die Forscher in diesem Projekt sehen, dass in diesen Fallstudien die Energieeinsparungen mindestens 20 bis 50 % sein könnten, z. B. durch Komprimieren von Programmen und Optimieren von Betriebszeiten für geringere Prozessorgeschwindigkeiten.

XMOS plant, in seine Fertigungskette ENTRA-Komponenten für die Energieoptimierung zu integrieren. Die Ergebnisse von ENTRA werden bei den EACO-Workshops (Energy Aware Computing) auch international führenden Unternehmen wie ARM und ST Microelectronics und weltweit führenden Forschungseinrichtungen im Bereich energieeffiziente Rechenleistung veröffentlicht.

Eine Umsetzung der ENTRA-Ergebnisse auf Systemebene sei machbar, erklärte Professor Gallagher. "Der ganze Ansatz ist von bestimmter Hardware oder einer bestimmten Anwendungsdomain unabhängig, das bedeutet, er basiert nur auf der Semantik der Programmiersprache und einem allgemeinen Energiemodell. Daher konnten wir dieselben Techniken auf Hochleistungscomputer anwenden", betonte er.

Am Projekt ENTRA nehmen 4 Partner aus Dänemark, Großbritannien und Spanien teil. Es startete im Oktober 2012, endet am 30. September 2015 und erhält eine Finanzierung im Rahmen von RP7 in Höhe von 2,1 Millionen Euro.

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