مقدمة

وقد جعل النمو المستمر في الطاقة الحاسوبية استهلاك الطاقة شاغلاً رئيسياً لكل من مصممي الأجهزة ومشغلي مراكز البيانات، ومن بين هياكل المعالجات، فإن تصميمات لجنة الكومنولث (النظام الحاسوبي الشامل) التي تطورت في المستقبل، ولا سيما الأسرة التي تبلغ مساحتها ٠٨٤ من أجهزة الاستعلام والحواسيب المحمولة، تُحد ِّد عوامل الابتكار الدقيقة التي تُستخدم في تصميمات التي تُستخدم في المستقبل.

تطور المجهزين الدقيقين التابعين لرابطة الدول المستقلة وبصمة الطاقة الخاصة بهم

وقد ظهرت هياكل رابطة الدول المستقلة في السبعينات، حيث بلغت المعلومات 8086 (1978) وخلفها مرحلة مستمرة اليوم، واتسمت رقائق التعليمات المتطورة التي يمكن أن تؤدي عمليات معقدة في قيادة واحدة، مما يقلل العبء على مطوري البرامجيات، غير أن هذه المرونة جاءت بتكلفة طاقة باهظة، بل إن منطق التحكم الكثيف، والكائنات الدقيقة، والعدادات العالية التي تبثت عبر الزمن قد أدى إلى اختلال كبير في سرعة الطاقة،

التصميمات في مرحلة مبكرة من سلسلة التعاونيات الدولية وتحديات السلطة

وقد عملت المعلومات 8086 في حوالي 5-10 ميغاهيرتز واستُهلاك ما يقرب من 0.5 إلى 1 وات، وفي حين أن هذه السحبة الصغيرة بالمعايير الحديثة، كانت كبيرة نظرا للقيود الحرارية التي تفرضها العبوة المبكرة، فمع زيادة سرعة ساعاتها بـ 286 386 أسرة، و 486 أسرة، فإن استهلاك الطاقة قد ازداد بشكل غير مباشر، وقد أدى ذلك إلى تبنّي سلسلة " إنتيل 80486 DX2 " في 66 ميغاهيرتز إلى تبند 5

وقد ساهم تعقيد التعليمات التي وضعت نفسها في عدم كفاءة السلطة، وكثيرا ما تتطلب تعليمات لجنة رابطة الدول المستقلة عمليات متعددة (مجروح) للتحلل والتنفيذ، مما أدى إلى زيادة القوة الدينامية، وعلاوة على ذلك، فإن المتعاطفين مع البيانات وملفات التسجيل الواسعة اللازمة لدعم التعليمات المتباينة - المباشرة قد أثارت العبء الأكبر على الأشجار والحافلات، وبحلول أواخر التسعينات، كانت وحدات الاختزال المكتبية مثل البنط الثالث.

التحول نحو كفاءة الطاقة

كما أن نقطة التحول قد وصلت في أوائل العقد الأول من القرن الماضي، حيث ضربت الصناعة " جدار القوى " - عدم القدرة على زيادة سرعة الساعة دون إنتاج حراري غير مقبول، حيث بلغت نسبة الوصلات المحسنة في بنط التلقيم ٤ )هيكل النيتبورغ( ٠٣١ واط في البيوت ذات السعة العالية، ولكنها عانت من ضعف الأداء، وفي الرد على ذلك، كانت الوصلات المتطورة والمتكررة تتضمن تغييرات معمارية التي أعطت الأولوية لكفاءة في الطاقة.

وخلال السنوات التالية، حققت كل مجموعة جديدة من مراحل العملية مكاسب كبيرة في الكفاءة في استخدام الطاقة، حيث كان الانتقال من 130 نانو مترا إلى 90 ميلاً نياً، ثم 65 نانو متراً، و45 نانو متراً، وما إلى ذلك، انخفاض معدل التسرب الحالي، وسمح بتدني حجم التشغيل، وبحلول عام 2015، كان جهاز تشغيلي نموذجي متعدد الأطراف من نوع " إنتل كوير إي 76700 كيلوفول " (T) يملك قدرة تصميمية على تصميم حرارية أكثر من

العوامل الرئيسية التي تشكل استهلاك الطاقة في مصانع مواصلات محدثة لرابطة الدول المستقلة

ويحقق مجهزو المركز اليوم نجاحاً في الأداء في جو من الإثارة من خلال مزيج من تقنيات البرمجيات والتصميمية والبرمجيات على مستوى الدوائر، وفهم العوامل المهيمنة أمر أساسي بالنسبة للمصممين والمستعملين الذين يسعون إلى التقليل إلى أدنى حد من استخدام الطاقة.

Instruction Set Complexity

ومن بين الانتقادات المستمرة التي وجهتها لجنة البلدان المستقلة، ما هو أكثر من اللازم لإصدار تعليمات متغيرة معقدة، حيث أن المجهزين الحديثين من طراز X86 إلى 64 يستخدمون رموزاً ذاتية تقسم التعليمات إلى ميكروبات، وتُدرج في حينئذ في إطار نظام التنفيذ المتعدد الأطراف، فإن هذه الخطوة التي تستهلك الطاقة، لا سيما عندما يُعالج التعليمات التي تُرفع إلى العديد من الميكروبات.

Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS)

وينطوي نظام إدارة الوجهات على قوة أكبر أدوات خفض استهلاك الطاقة، إذ يمكن للمجهزين، عن طريق خفض حجم العرض وتواتر ساعات العمل أثناء فترات عمل أخف، أن يعملوا في منطقة خفض الطاقة شبه الدفترية (حيث أن القوة المحركة تعمل في فترات متدنية من حيث القدرة، ومتوسط حجم الاستهلاك في إطار البرنامج العالمي للطاقة الذرية، يُستخدم في فترات متدنية من حيث الحجم، ومتوسط حجم العمل في جهاز التنظيف.

المعمارات المتعددة البلدان وإدارة الطاقة

فالتصميمات المتعددة الأهم تتيح موازية المهام، ولكنها تنطوي أيضا على تحديات في مجال الطاقة، وكل جزء أساسي يزيد من التسرب والقوى الدينامية، غير أن الصناعة اعتمدت تقنيات مثل " السطو الخفي " ، مما يؤدي إلى إزالة جميع النواة أو أجزاء الرقاقة عندما لا تستخدم، كما أن " المذاهب " التي ترتفع في حالة التقلبات " (العمليات الرئيسية، والتوقف عن العمل في حالة النوم) تتيح إمكانية أن تكون أكبر من حيث الحجم(10).

عملية التصنيع

فتقنية العملية هي أكثر العوامل الأساسية في كفاءة الطاقة، وكل عقد جديد يقلل من أبعاد المتحولين، ويخفض من سرعة البوابة ويمكِّن من تحقيق فولاذ أقل، غير أن التسرب الحالي - التدفق غير المرغوب فيه للكهرباء عندما يكون المتحولون خارجا - أصبح مسألة رئيسية في أماكن أصغر حجماً (الدرجة الثانية والثمانين سنة) وتغل هياكل الصندوق على البوابة في ثلاثة جوانب من القناة.

الحوسبة المستدامة: الحد من الأثر البيئي

وقد أصبح الاستهلاك التراكمي للطاقة للمجهزين - خاصة في مراكز البيانات - شاغلا بيئيا رئيسيا، ووفقا لما ذكره الوكالة الدولية للطاقة ]، استهلكت مراكز البيانات حوالي 1.3 في المائة من الكهرباء العالمية في عام 2022، وهو نصيب يتوقع أن ينمو باستخدام الحواسيب السحابية، والإنذار المبكر، والتعدين السخاء.

مراكز البيانات وأزمة الطاقة

وتستضيف مراكز البيانات الكبيرة آلاف الخواديم، التي تحتوي على مجهزات متعددة العناصر، وتسخير حوالي 40 في المائة من إجمالي طاقة المرفق، مما يعني أن كل واط ينقذ في وحدة دعم البرامج يتفادى وجود سائل إضافي قدره 0.50.7 واط للتبريد، كما أن مشغلي الطاقة الكهربائية الحديثة (غوغل، أمازون، ميكروسوفت)

البرمجيات والكفاءة الفوقية

كما أن كفاءة استخدام البرمجيات غير كافية؛ كما يجب أن تكون البرمجيات على الوجه الأمثل، وعدم كفاءة دورات معالجة النفايات، وزيادة استهلاك الطاقة، وتزيد ممارسة " الترميز الأخضر " من استخدام تقنيات البرمجة المتعلمة بالطاقة: تقليل فوات المكاث، وتجنب الوصول غير الضروري إلى الذاكرة، واستخدام التعليمات المتحركة (AVX، SSE) التي تؤدي بسرعة أكبر في كل عملية من التعليمات؛

الابتكارات ذات المستوى الجاهز

فبعد تصميمات معيارية لرابطة الدول المستقلة، يمكن لمعجلات المعدات المتخصصة أن تفرغ من مهام التخلف عن الطاقة، وعلى سبيل المثال، فإن وحدات التجهيز العالمي المتكاملة (الوحدات) في وحدات المعلومات الأساسية ووحدات خفض الانبعاثات المعتمدة على السلع والخدمات ذات القدرة على العمل، تُعنى بعبء العمل المقارن على نحو أكثر كفاءة من وحدة التوزيع العالمي المتباينة، على الأقل بالنسبة للمهام الأكثر خفافة، وبالمثل، تواجه أجهزة تسارع في الهواء (مثلاً)

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

إن مسار كفاءة استخدام الطاقة في أجهزة التصنيع الجزئي التابعة لرابطة الدول المستقلة لا يبطئ، إذ تعد عدة تكنولوجيات ناشئة بزيادة تخفيض استهلاك الطاقة مع الحفاظ على التوافق مع النظام الإيكولوجي البرمجي الواسع النطاق الذي يتكون من ×86.

AI —Driven Power Optimization

ويطبق التعلم من الآلات مباشرة على إدارة الطاقة، وقد تُستخدم " حرس الوصل " في جهاز المعلومات التابع للشركة و " الشيعة الذكية " التابع للشركة في الوقت الحقيقي لقياس مراحل العمل وتعديل مستويات الضخ والتواتر والتفعيل الأساسية بصورة استباقية، وقد تُظهر الدراسات البحثية، مثل الدراسة التي تنشر في ، معاملات الطاقة في المستقبل مقارنة مع عوامل التصنيع والتصويب

التبريد المتقدم والتعبئة

فالإدارة الحرارية أصبحت مشكلة مشتركة في كفاءة الطاقة، إذ أن تكنولوجيات التغليف الجديدة، مثل التعبئة ٣ دال )مثلا، الشارب ٣ دال من طراز AMD، وFoveros( تسمح بتجميع الذاكرة والمنطق بشكل رأسي، مما يقلل من قدرة حركة البيانات، وعلى مستوى النظام، فإن الجمع بين التبريد والارتفاع في القدرة على التهدئة من الارتداد إلى درجة الحرارة العالية.

ما بعد النظام المنسق: المواد الجديدة والمعمارات

وفي نهاية المطاف، ستصل دائرة السيليكون إلى حدود أساسية للتوسع، إذ يستكشف الباحثون مواد مثل نيتريد الجاليوم، الذي يوفر مقاومة أقل وفولطا أعلى، ويحتمل أن يقلل من خسائر الطاقة في التنظيم الكهربائي وفي توفير الطاقة، أما بالنسبة لجوهر المعالج نفسه، فإن المتحولين المؤثرين في الميدان من نوع النسيج الكربوني (CNTFETs) والمنطق العمودي الذي يبشر بالتحسين في كل عملية من عمليات الطاقة

خاتمة

إن استهلاك الطاقة في أجهزة التصنيع المجهرية التابعة لرابطة الدول المستقلة قد قطع شوطا طويلا من تصميمات الطاقة في التسعينات، ومن خلال مزيج من البنى الأذكى، والندوات المتقدمة في مجال العمليات، وإدارة الطاقة الدينامية، والحساب الأمثل على مستوى المنظومة، والمجهزين الحديثين بأشعة الشمس يقدمون قدراً كبيراً من الأداء لكل وعاء من البرمجيات التي سبقوها، ومع ذلك فإن تزايد الطلب على الحواسيب - خاصة في مجال الطاقة البديلة، والخدمات السحابية، والتقدير العلمي.