Zostań agentem zmian

Niestety za duże zużycie energii coraz częściej odpowiedzialne są urządzenia elektroniczne. Mimo, że w liczbach bezwzględnych elektronika konsumencka pobiera wielokrotnie mniej mocy niż na przykład ogrzewanie, ogromna liczba urządzeń, zgodnie z efektem skali, przekłada się w skali świata na kolosalne zużycie energii. Skoro 2,5mld ludzi ma obecnie telefon komórkowy, to oznacza, że liczy się każdy miliwat pobieranej przez nie mocy. Miliard internautów wymaga takiej samej liczby komputerów wspomaganych infrastrukturą i milionów serwerów zasilanych non-stop. Dla firm takich jak Google koszt energii elektrycznej do zasilania sprzętu komputerowego jest obecnie jednym z większych wydatków, co powoduje, że firma przenosi swoje centra danych w pobliże wodnych elektrowni, aby skorzystać z tańszej energii.

Oznacza to, że pobór mocy przez elektronikę przestał już być problemem projektantów urządzeń przenośnych i staje się głównym zagadnieniem inżynierskim, od układów scalonych po całe systemy. Gwałtowny rozwój globalnej sieci, stale rosnące zasoby danych powodują, że już wkrótce urządzenia elektroniczne mogą wysunąć się na czołową pozycję na liście czynników odpowiedzialnych za ocieplenie klimatu. Istnieje prawdopodobieństwo, że duży pobór mocy i generowane ciepło będzie w przyszłości jednym z największych wrogów rozwoju elektroniki.

Zmian wymagają przede wszystkim komputery i systemy telekomunikacyjne, gdyż to o nich najbardziej zapomniano w ostatnich latach. Zużywają one zbyt wiele energii w stosunku do wydajności, są nieefektywnie zasilane i tym samym często muszą być chłodzone w sposób wymuszony, co powoduje dodatkowe straty. Coraz większa moc przetwarzania wymaga stałego obniżania napięcia zasilającego rdzenie procesorów i pamięci. Doszliśmy już z napięciem do 1,5V, za kilka lat wydajne układy cyfrowe będą zasilane napięciem poniżej jednego wolta, co niestety pogłębi problem strat energii. Nowsze technologie półprzewodnikowe borykają się z prądem upływu w tranzystorach, a łańcuchowa konwersja napięcia zasilającego z 230V na 12V i dalej w kolejnych krokach aż do 1V, jest przy tak niskich napięciach nieefektywna.

Prace nad oszczędnymi technologiami półprzewodnikowymi są domeną kilku wielkich firm, znacznie więcej mają do zrobienia producenci sprzętu komputerowego i zasilającego. Jednak w praktyce w trend szukania oszczędności muszą włączyć się wszyscy projektanci, bez względu na rodzaj tworzonych aplikacji po to, aby stał się on naturalną częścią pracy.

Jest zaskakujące jak wiele można osiągnąć samą zmianą przyzwyczajeń i odrzuceniem starych założeń. Obliczono, że zastąpienie tradycyjnego zasilacza komputerowego ATX i konwerterów na płycie głównej przez wysokosprawne zasilacze POL z magistralą pośrednią o napięciu 48V pozwala zmniejszyć straty energii o jedną trzecią. Dodatkowo taki zasilacz zajmuje dwukrotnie mniejszą objętość, co ułatwia chłodzenie konwekcyjne. Oszczędność 10-20W w przypadku pojedynczego komputera nie wydaje się może ogromnie duża, ale biorąc pod uwagę ogromny efekt skali i to, że coraz więcej urządzeń pracuje przez cały czas, warto walczyć o każdy wat.

Z punktu widzenia elektronika wysiłek włożony w minimalizację poboru mocy może zatem jedynie przynieść sukces. Mimo, że pozornie temat wydaje się oczywisty, niewielu projektantów przywiązuje do tego zagadnienia wystarczająco wiele uwagi. Należy zatem mieć nadzieję, że z czasem świadomych zagrożeń inżynierów, nazywanych agentami zmian, będzie przybywać, a ciężar odpowiedzialności, jaki na nich spoczywa, nie okaże się przytłaczający.