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La tendance informatique qui va tout changer
L'informatique n'est pas seulement de moins en moins chère. Il devient de plus en plus économe en énergie. Cela signifie un monde peuplé de capteurs omniprésents et de flux de nanodonnées. 9 avril 2012
Les performances des ordinateurs ont connu une croissance remarquable et régulière, doublant chaque année et demi depuis les années 1970. Ce que la plupart des gens ne savent pas, cependant, c'est que le efficacité électrique de calcul (le nombre de calculs pouvant être effectués par kilowattheure d'électricité consommée) a également doublé chaque année et demie depuis l'aube de l'ère informatique.
Les ordinateurs portables et les téléphones portables doivent leur existence à cette tendance, qui a conduit à des réductions rapides de la puissance consommée par les appareils informatiques alimentés par batterie. L'effet futur le plus important est que la puissance nécessaire pour effectuer une tâche nécessitant un nombre fixe de calculs continuera de diminuer de moitié tous les 1,5 ans (ou d'un facteur 100 tous les dix ans). En conséquence, des appareils informatiques encore plus petits et moins gourmands en énergie proliféreront, ouvrant la voie à de nouvelles applications informatiques et de communication mobiles qui augmenteront considérablement notre capacité à collecter et à utiliser des données en temps réel.
Comme l'un des nombreux exemples de ce qui devient possible grâce à l'informatique à ultra-faible consommation, considérons le capteurs sans fil sans batterie créé par Joshua R. Smith de l'Université de Washington. Ces capteurs récupèrent l'énergie des signaux de télévision et de radio parasites et transmettent les données d'une station météo à un écran intérieur toutes les cinq secondes. Ils consomment si peu d'énergie (50 microwatts en moyenne) qu'ils n'ont besoin d'aucune autre source d'alimentation.
La récolte des flux d'énergie de fond, y compris la lumière ambiante, les mouvements ou la chaleur, ouvre la possibilité à des capteurs mobiles de fonctionner indéfiniment sans source d'alimentation externe, ce qui signifie une explosion des données disponibles. Les capteurs mobiles élargissent la promesse de ce que Erik Brynjolfsson, professeur de gestion au MIT appelle nanodonnées , ou des données personnalisées à grain fin décrivant en détail les caractéristiques des individus, les transactions et les flux d'informations.
Combien de temps cette tendance peut-elle se poursuivre ? En 1985, le physicien Richard Feynman a calculé que l'efficacité énergétique des ordinateurs pourrait s'améliorer par rapport aux niveaux actuels d'un facteur d'au moins cent milliards (1011), et nos données indiquent que l'efficacité des appareils informatiques n'a progressé que d'un facteur 40 000 environ de 1985 à 2009. En d'autres termes, nous avons à peine commencé à exploiter tout le potentiel.
Pour mettre les choses concrètement, si un MacBook Air moderne fonctionnait avec l'efficacité énergétique des ordinateurs de 1991, sa batterie complètement chargée durerait 2,5 secondes. De même, le supercalculateur le plus rapide au monde, le Fujitsu K japonais de 10,5 pétaflops, consomme actuellement 12,7 mégawatts. C'est suffisant pour alimenter une ville moyenne. Mais en théorie, une machine égale aux prouesses de calcul du K ne consommerait, en l'espace de deux décennies, qu'autant d'électricité qu'un four grille-pain. Les ordinateurs portables d'aujourd'hui, à leur tour, seront assortis d'appareils ne consommant qu'une puissance infinitésimale.
Le phénomène identifié ici détermine l'efficacité énergétique de tous les appareils à base de silicium, mais personne n'a encore déterminé si l'efficacité de la transmission de données (le coût énergétique pour les capteurs d'envoi de signaux sans fil, par exemple) progresse à des rythmes comparables. Les choix de conception concernant la vitesse de transmission des informations, la fréquence de communication et la manière dont ces appareils réduisent leur puissance lorsqu'ils n'exécutent pas des tâches ont tous un effet significatif sur la consommation électrique globale des appareils mobiles. Mais l'effet des améliorations de l'efficacité de l'informatique est de stimuler les innovations dans ces autres domaines, car c'est le seul moyen de tirer pleinement parti des nouvelles technologies de calcul et de détection.
L'augmentation à long terme de l'efficacité énergétique de l'informatique (et des technologies qu'elle rend possibles) révolutionnera la façon dont nous collectons et analysons les données et comment nous utilisons les données pour prendre de meilleures décisions. Cela aidera l'Internet des objets à devenir une réalité, un développement qui aura de profondes implications sur la façon dont les entreprises et la société en général se développeront dans les décennies à venir. Elle nous permettra de maîtriser plus précisément les processus industriels, d'évaluer rapidement et efficacement les résultats de nos actions et de réinventer rapidement nos institutions et nos modèles économiques pour refléter les nouvelles réalités. Cela nous aidera également à évoluer vers une approche plus expérimentale de l'interaction avec le monde : nous pourrons tester nos hypothèses avec des données réelles en temps réel et modifier ces hypothèses en fonction de la réalité.
Historiquement, les meilleurs informaticiens et concepteurs de puces se sont concentrés sur les problèmes de pointe du calcul haute performance, et il ne fait aucun doute que beaucoup seront encore tentés de résoudre ces problèmes. Mais les progrès continus de l'efficacité énergétique de l'informatique attirent désormais les meilleurs concepteurs et ingénieurs pour s'attaquer à un nouveau type de problème, défini par une conception intégrée de l'ensemble du système, une élégante frugalité dans l'utilisation de l'électricité et la transmission des données, et la possibilité réelle de transformer la relation de l'humanité à l'univers. Pour ma part, je suis ravi de les voir relever ce défi.
Jonathan Koomey est auteur, entrepreneur et professeur consultant à l'Université de Stanford. Il est l'auteur de Cold Cash, Cool Climate: Conseils scientifiques pour les entrepreneurs écologiques .
Si l'efficacité énergétique de l'informatique continue son rythme de changement historique, elle augmentera d'un facteur 100 au cours de la prochaine décennie, avec des améliorations conséquentes dans l'informatique mobile, les capteurs et les commandes. Quelles nouvelles applications et quels nouveaux produits pourraient devenir possibles avec une si grande amélioration de l'efficacité dans 10 ans ? Quelles autres innovations seraient nécessaires pour que ces technologies soient utilisées plus efficacement ?