Avec une consommation énergétique équivalente à celle de villes moyennes pour certains datacenters, et une explosion des objets connectés nécessitant des années d'autonomie, réduire l’impact écologique des systèmes électroniques est devenu essentiel. Ce projet de recherche technologique, réalisé par Thibault Tostain et Florian Fritsch, explore donc un bon nombre de solutions pour une informatique plus durable. Voici les principaux axes de cette recherche.
Pourquoi est-ce crucial ?
Les datacenters du Cloud, véritables moteurs des services en ligne et de l’intelligence artificielle, consomment jusqu’à 50 MW, générant d’importantes émissions de CO2. Les systèmes embarqués, quant à eux, doivent prolonger leur autonomie pour économiser leur batterie, mais également afin de réduire le supplément de consommation dû à la prolifération des objets connectés. Ces défis imposent des solutions innovantes pour concilier performance et sobriété énergétique.
4 domaines d’application pour optimiser l’énergie
- Améliorations matérielles :
- Circuits analogiques et neuromorphiques : Réduction énergétique de 10 à 100 fois pour certaines tâches (ex. IA). Un exemple pertinent est la technologie de l’entreprise Mythic, qui permet de réaliser un calcul de réseau de neurones avec un ensemble de composants analogiques :
- FPGA couplés à des processeurs : Traitement spécifique avec efficacité. Un exemple intéressant est l’Arduino Vidor (mais elle ne semble plus être disponible).
- Circuits dédiés (ASIC) : Conçus spécifiquement pour une tâche, ils la réalisent de la façon la plus optimisée.
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Optimisations dynamiques :
- Gestion adaptative de fréquence et de tension (AVFS/DVFS) : Jusqu’à 70 % d’économie.
- Isolement des circuits inutilisés (Power Gating) pour un fonctionnement ciblé.
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Optimisation logicielle :
- Noyaux Linux personnalisés : Diminution des ressources consommées. Des outils comme Buildroot permettent de choisir exactement les composants souhaités.
- Algorithmes améliorés et compilation optimisée : Réduction des calculs inutiles, le choix du langage est aussi important. Contrairement à une idée reçue, cette étude du CNRS concernant l’impact environnemental du calcul scientifique montre que pour certaines applications il est plus pertinent d’utiliser le langage Python.
- Technologies avancées :
- Récupération d’énergie : Un datacenter peut chauffer jusqu’à 5 500 foyers, ce qui réduit de 5 500 tonnes de CO2 par an.
- Ordinateurs quantiques et optiques : Promesses pour des calculs à faible impact, mais encore en développement.
Mise sous test de deux solutions
Deux technologies ont été expérimentées :
- FPGA (ICE40 Ultra Lite) : Puissants et économes, ces circuits programmables s’adaptent aux besoins spécifiques.
- Microprocesseurs PIC XLP : Leur consommation en veille de seulement 9 nA permet jusqu’à 20 ans d’autonomie sur batterie.
Un outil pour guider le choix des solutions
Pour comparer les technologies, une base de données a été créée. Conçue sur Google Sheets, il serait pertinent de la convertir en une base SQLite pour une gestion plus robuste, elle évalue chaque solution selon des critères tels que consommation, coût et intégration. Une page web faisant office de catalogue pourrait aussi être développée.
Vers une informatique durable
Ce projet montre que des choix combinant innovations matérielles, logicielles et stratégiques peuvent réduire l’impact écologique des systèmes électroniques. Ces solutions tracent une voie vers une informatique plus respectueuse de l’environnement.
Crédits
Projet de Recherche Technologique réalisé par Thibault Tostain (GE5) et Florian Fritsch (FIP GE5).