Компьютеры автономных автомобилей и глобальное потепление: новое исследование МТИ

Исследование, проведённое специалистами из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT), показало, что в будущем генерирование энергии, необходимой для работы бортовых компьютеров всемирного парка автономных автомобилей, может порождать такое же количество выбросов парниковых газов, как все ныне существующие центры обработки данных вместе взятые.

Сегодня на центры обработки данных, в которых размещается физическая вычислительная инфраструктура, приходится примерно 0,3% глобальных выбросов парниковых газов. Это примерно равно выбросам Аргентины. Поскольку потенциальному воздействию автономных автомобилей на климат до недавнего времени уделялось мало внимания, исследователи Массачусетского технологического института разработали статистическую модель для изучения потенциальной проблемы.

Исследовательская группа MIT подсчитала, что одному миллиарду автомобилей, пребывающих в пути в течение часа в день, при условии, что компьютер каждого потребляет 840 Вт, потребуется количество энергии, достаточное, чтобы генерировать примерно такое же количество выбросов, какое в настоящее время косвенно порождают все мировые центры обработки данных (ЦОД). Исследователи также обнаружили, что в 90% смоделированных сценариев показывают: чтобы непрямой углеродный след автономного автотранспорта не превышал непрямых выбросов современных ЦОД, потребляемая мощность одной автомобильной вычислительной системы не должна превышать, в среднем, 1,2 кВт.

В одном из тестов команда смоделировала сценарий 2050 года, в котором 95% мирового автопарка будет состоять из беспилотных автомобилей. В этом сценарии вычислительная нагрузка удваивалась каждые три года. По завершении этого моделирования исследователи обнаружили, что эффективность оборудования должна удваиваться быстрее, чем каждые 1,1 года, чтобы поддерживать выбросы на приемлемых уровнях.

«Если мы просто сохраним обычные тенденции в области декарбонизации и текущие темпы увеличения эффективности аппаратного обеспечения, то, похоже, этого будет недостаточно, чтобы ограничить выбросы от вычислений на борту автономных транспортных средств, — заметила первый автор работы Сумья Судхакар (Soumya Sudhakar), аспирантка по аэронавтике и астронавтике. — Это потенциально может стать серьёзной проблемой. Но если мы продвинемся вперед, то сможем разработать более эффективные автономные транспортные средства, которые с самого начала будут оставлять меньший углеродный след».

Сумья Судхакар и её соавторы создали систему для изучения эксплуатационных выбросов от компьютеров на борту глобального парка полностью автономных электромобилей. Модель учитывает число транспортных средств в глобальном автопарке, мощность каждого компьютера на каждом транспортном средстве, часы, проведённые каждым транспортным средством в пути, и углеродоёмкость электроэнергии, питающей каждый компьютер.

Это уравнение выглядит обманчиво простым, однако каждый его параметр содержит изрядную долю неопределённости. Ведь речь идёт о том, чем его ещё нет. В частности, некоторые исследования показывают, что количество времени, проводимое автомобилями в дороге, может увеличиться, т.к. автономные машины облегчат людям задачи вождения и позволят ездить больше. Однако альтернативные исследования показывают, что это время может сократиться, т.к. компьютеры будут находить наиболее оптимальные пути до места назначения. И в хорошей модели надо учесть обе эти тенденции.

Кроме того, исследователям необходимо было рассмотреть и смоделировать энергетические затраты вычислительного оборудования и программного обеспечения, которых ещё не существует. Для этого они смоделировали рабочую нагрузку многозадачной глубокой нейронной сети, обрабатывающей одновременно несколько потоков входных данных высокого разрешения с нескольких камер с высокой частотой кадров.

Применив вероятностную модель для изучения различных сценариев, авторы отметили, что полученные результаты — совсем не то, что могут себе представить сегодня большинство людей.

«Эти транспортные средства на самом деле могут потреблять массу компьютерной мощности, — рассуждает Сертак Караман (Sertac Karaman), соавтор работы и доцент аэронавтики и астронавтики в MIT. — У них есть 360-градусный обзор мира, в то время как у нас два глаза, у них может быть двадцать глаз, которые смотрят вокруг и пытаются отследить всё, что происходит, одновременно».

Также Сертак Караман отметил, что их модель учитывает только энергию, потребляемую вычислительными мощностями автомобиля, но не принимает во внимание энергию, необходимую для работы установленных на него датчиков, а также выбросы, продуцируемые в процессе производства вычислительных мощностей.

И даже если не учитывать эти параметры, но при этом стремиться к отсутствию роста углеродного следа, удвоение вычислительной нагрузки на бортовые компьютеры автомобилей раз в три года будет требовать удвоения эффективности аппаратной базы каждые 1,1 года.

Другой вариант — разработка более эффективных программных алгоритмов, которые будут требовать меньше энергии для решения тех же задач.

«Мы надеемся, что люди будут думать о выбросах и углеродной эффективности как о важных показателях, которые следует учитывать в любых проектах», — поделилась Вивьен Цзе (Vivienne Sze), соавтор работы и доцент электроники и информатики в MIT. Она также отметила, что количество энергии, потребляемой автономным автомобилем, имеет важнейшее значение не только для продления срока службы батареи, но и для обеспечения экологической устойчивости.