點“芯”成綠，電子行業(yè)如何塑造低碳可持續(xù)世界
全球氣候變化的影響很多人都切實感受到了，比如肆虐的森林大火、長時間的干旱、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，進而引發(fā)極端天氣狀況。而之所以出現(xiàn)這些趨勢，有兩個關(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，以及所有將這個美麗的地方稱為家園的人，都在為之付出代價。那么我們應(yīng)該如何創(chuàng)造一個更可持續(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，電子行業(yè)現(xiàn)在可以采取多項措施來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)的四個關(guān)鍵領(lǐng)域，通過在這些領(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。
當前的形式有多糟糕？
非營利機構(gòu)2 Degrees Institute開展了一個追蹤從80萬年前到現(xiàn)在的大氣中二氧化碳濃度變化的研究，該項研究表明，全球二氧化碳濃度正在急劇上升，從1922年的303.8 PPM增長至現(xiàn)在的超過400 PPM。此外，Seeking Alpha發(fā)布的一份世界能源年度報告顯示，自1952年以來，能源消耗增長了7倍，其中大部分來自于化石燃料。 全球能源用量大幅增長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（1萬平方英尺）的空間內(nèi)部署至少5,000臺服務(wù)器來管理PB級的數(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（TWh）之間，約占全球最終電力需求的0.9%至1.3%。這比一些國家或地區(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)級增長。據(jù)Statista統(tǒng)計，2021年，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶達到49億人，占全球人口近三分之二的比例。與此同時，思科預(yù)計今年全球互聯(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)在是時候該行動了
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，通過采用更可持續(xù)的做法，我們可以在幾個關(guān)鍵領(lǐng)域取得更好的成果：
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能源輸送：擴大可再生能源的使用，同時將數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)中心建在離風(fēng)能和太陽能等能源更近的地方，會帶來很大的不同。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)中心運營商已經(jīng)實現(xiàn)或計劃很快實現(xiàn)全天候無碳能源運營。
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電子系統(tǒng)設(shè)計：采用系統(tǒng)到芯片的方法來設(shè)計電子系統(tǒng)可以降低功耗。另外還有增強能量耗散效果的技術(shù)，以及利用AI等技術(shù)來優(yōu)化芯片能效的機會。在系統(tǒng)設(shè)計上，另一個關(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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運營：從芯片和系統(tǒng)設(shè)計到電子設(shè)計自動化（EDA）解決方案、IP、制造和封裝，整個供應(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。除此之外，我們還可以做更多的工作。
采用整體性方法來實現(xiàn)
節(jié)能設(shè)計
經(jīng)證實，通過利用新思科技從架構(gòu)到簽核的整體性軟件驅(qū)動方法，開發(fā)者們能夠?qū)崿F(xiàn)超過50%的能效。那么新思科技的解決方案是如何幫助系統(tǒng)開發(fā)者實現(xiàn)出色的性能功耗比的呢？
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軟件：在SoC設(shè)計過程中，軟件可謂功不可沒，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)鍵場景。因此，有必要通過分析和優(yōu)化軟件來確保SoC實現(xiàn)最佳能效。
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架構(gòu)：動態(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。此處可能實現(xiàn)的節(jié)能效果：15%至30%。
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實現(xiàn)：在動態(tài)和泄漏功耗、電源完整性與功耗、性能和面積（PPA）權(quán)衡，以及功耗感知測試碼生成等領(lǐng)域采用自動優(yōu)化技術(shù)，可實現(xiàn)10%至15%的節(jié)能效果。
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簽核：通過采用以簽核為中心的方法實現(xiàn)功耗和電源完整性目標，再加上動態(tài)和泄露功耗回收以及非常精確的工程變更命令（ECO）更改，可實現(xiàn)5%至10%的節(jié)能效果。
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驗證：通過將驗證工作集中在UPF功耗設(shè)計意圖驗證和UPF驅(qū)動的功能驗證，有助于提高能效。
塑造智能未來
從可以購物的冰箱到手術(shù)機器人，這個世界的智能化、互聯(lián)性和自動化水平令人驚嘆。雖然這些應(yīng)用可以帶來很多益處，但也會在能耗和碳排放方面產(chǎn)生巨大的影響。 新思科技認為，我們在塑造萬物智能的未來方面所扮演的角色不僅帶來了巨大的機遇，也產(chǎn)生了重要的責任，其中包括環(huán)保責任。我們稱之為“智能未來”戰(zhàn)略。我們認為，只有做到可持續(xù)、公平和安全，才能成就智能未來。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)中開展合作，推動積極的變革。第二步是優(yōu)化自身的運營足跡。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)四年在全球運營方面獲得了CarbonNeutral公司的認證。 電子行業(yè)有機會盡自己的職責來減少其創(chuàng)新成果對環(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，新思科技便是其中之一，我們有信心協(xié)同各位開發(fā)者一起，齊心協(xié)力創(chuàng)造更可持續(xù)的未來。 數(shù)十年來，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峰會上重磅推出云上科普館，歡迎掃碼即刻進入。
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