点“芯”成绿，电子行业如何塑造低碳可持续世界

来源:新思科技发布时间:2022-12-211291浏览

全球气候变化的影响很多人都切实感受到了，比如肆虐的森林大火、长时间的干旱、暴雨洪水等等。全球能源消耗不断增加，造成二氧化碳浓度不断升高，进而引发极端天气状况。而之所以出现这些趋势，有两个关键因素，一是向超大规模数据中心的转变，二是互联网流量的激增。
世界正在变得更加数字化、互联化和智能化。但地球，以及所有将这个美丽的地方称为家园的人，都在为之付出代价。那么我们应该如何创造一个更可持续、更节能的世界呢？
创新引领我们走到了今天，也在带领我们找到一条切实可行之路。从能源生产和输送的方式到电子系统的设计，电子行业现在可以采取多项措施来确保我们所建造的一切都能持续。
本文将介绍电子行业的四个关键领域，通过在这些领域采用更可持续的做法，可以为下一代创造更加光明的未来。

当前的形式有多糟糕？

非营利机构2 Degrees Institute开展了一个追踪从80万年前到现在的大气中二氧化碳浓度变化的研究，该项研究表明，全球二氧化碳浓度正在急剧上升，从1922年的303.8 PPM增长至现在的超过400 PPM。此外，Seeking Alpha发布的一份世界能源年度报告显示，自1952年以来，能源消耗增长了7倍，其中大部分来自于化石燃料。
全球能源用量大幅增长的一部分原因是向超大规模数据中心的转变──这类巨大工程在大约900平方米（1万平方英尺）的空间内部署至少5,000台服务器来管理PB级的数据，其效用在于能够快速处理大量数据，而这些数据是实现流媒体视频、超快速金融交易、大数据分析和人工智能（包括推理和学习）所需的。但是，要完成这样的数据处理，超大规模数据中心需要消耗大量电力。国际能源署在一份关于数据中心和数据传输网络的报告表示，在不考虑加密技术的情况下，2021年，数据中心的能源用量在220至330太瓦时（TWh）之间，约占全球最终电力需求的0.9%至1.3%。这比一些国家或地区的全年能源消耗还要多。
与此相关，互联网流量正在呈指数级增长。据Statista统计，2021年，全球互联网用户达到49亿人，占全球人口近三分之二的比例。与此同时，思科预计今年全球互联网流量将增加到每月396 EB，而2017年为每月122 EB。信息和通信技术（ICT）行业总共占全球碳排放量的2%以上。

现在是时候该行动了

虽然电子行业的能源困境让人望而却步，但并非不可逾越。首先，新建超大规模数据中心所使用的服务器往往比以前的更省电。根据《Nature》上发表的一份报告显示，传统数据中心的电源使用效率（PUE）（即所需的总能量除以用于计算的能量）约为2.0，而超大规模数据中心则约为1.2。
此外，通过采用更可持续的做法，我们可以在几个关键领域取得更好的成果：
能源输送：扩大可再生能源的使用，同时将数据中心和网络中心建在离风能和太阳能等能源更近的地方，会带来很大的不同。使用可持续电池技术（如镍锌电池）也是如此。各大超大规模数据中心运营商已经实现或计划很快实现全天候无碳能源运营。
电子系统设计：采用系统到芯片的方法来设计电子系统可以降低功耗。另外还有增强能量耗散效果的技术，以及利用AI等技术来优化芯片能效的机会。在系统设计上，另一个关键方面是不断增多的软件内容，从固件到操作系统，再到应用软件等。
芯片技术：使用碳化硅等节能材料、FinFET等新型晶体管器件以及硅光子学和量子计算等技术可以优化能源使用。
运营：从芯片和系统设计到电子设计自动化（EDA）解决方案、IP、制造和封装，整个供应链都可以采取可持续性措施。许多半导体公司已经设定了减少温室气体排放的目标。除此之外，我们还可以做更多的工作。

采用整体性方法来实现

节能设计

经证实，通过利用新思科技从架构到签核的整体性软件驱动方法，开发者们能够实现超过50%的能效。那么新思科技的解决方案是如何帮助系统开发者实现出色的性能功耗比的呢？
软件：在SoC设计过程中，软件可谓功不可没，其作用包括协调芯片中的电源管理，以及确定功耗分析和优化的关键场景。因此，有必要通过分析和优化软件来确保SoC实现最佳能效。
架构：动态电压频率调整（DVFS）、电源域和电压岛等电源管理策略可以带来显著的节能效果。除了这些策略外，功耗与性能的宏架构权衡，以及IP选择和权衡，可以节省30%至50%的电能。
RTL：时钟、数据、内存和毛刺功耗的微架构权衡有助于实现节能，查找和修复RTL电源块以及使用工具引导的时钟门控、数据门控和内存大小调整也是如此。此处可能实现的节能效果：15%至30%。
实现：在动态和泄漏功耗、电源完整性与功耗、性能和面积（PPA）权衡，以及功耗感知测试码生成等领域采用自动优化技术，可实现10%至15%的节能效果。
签核：通过采用以签核为中心的方法实现功耗和电源完整性目标，再加上动态和泄露功耗回收以及非常精确的工程变更命令（ECO）更改，可实现5%至10%的节能效果。
验证：通过将验证工作集中在UPF功耗设计意图验证和UPF驱动的功能验证，有助于提高能效。

新思科技针对节能SoC的设计和验证为开发者提供了端到端解决方案，帮助开发者取得了这些成果。新思科技的软件驱动型低功耗设计解决方案支持UPF（IEEE 1801）低功耗设计意图，可以帮助优化PPA，而低功耗验证解决方案可以帮助开发者及早发现和解决低功耗错误。新思科技DSO.ai™自主AI芯片设计应用等技术使用强化学习来从功耗、性能和面积方面改善芯片。结合使用低功耗IP解决方案组合还可以帮助降低芯片功耗，同时加快产品上市。芯片生命周期管理（SLM）提供用于监控和分析的片上传感器，可以在功耗方面生成切实可行的见解。

塑造智能未来

从可以购物的冰箱到手术机器人，这个世界的智能化、互联性和自动化水平令人惊叹。虽然这些应用可以带来很多益处，但也会在能耗和碳排放方面产生巨大的影响。
新思科技认为，我们在塑造万物智能的未来方面所扮演的角色不仅带来了巨大的机遇，也产生了重要的责任，其中包括环保责任。我们称之为“智能未来”战略。我们认为，只有做到可持续、公平和安全，才能成就智能未来。该战略在环境方面采取了双管齐下的方法。
第一步是在新思科技的商业生态系统中开展合作，推动积极的变革。第二步是优化自身的运营足迹。减少温室气体排放只是我们为此而采取的众多举措之一。2022年，新思科技连续四年在全球运营方面获得了CarbonNeutral®公司的认证。
电子行业有机会尽自己的职责来减少其创新成果对环境的影响。电子行业生态系统中已有众多公司带头行动，新思科技便是其中之一，我们有信心协同各位开发者一起，齐心协力创造更可持续的未来。
数十年来，新思科技始终践行低碳环保、可持续发展的绿色低碳理念，并将于2022年12月26日在厦门举办的2022 ICCAD峰会上重磅推出云上科普馆，欢迎扫码即刻进入。