Oportunidades de optimización energética

El procesamiento de señales digitales (DSP) se refiere a un conjunto de técnicas empleadas para mejorar las señales digitales y, de esa forma, optimizar la precisión y la fiabilidad. El mundo es intrínsecamente analógico, aunque los ordenadores, que son en realidad conversores de información analógica en digital, lo digitalizan para poder procesarlo, sirviéndose para ello del DSP a fin de distinguir entre señal y ruido.

Las aplicaciones DSP, prácticamente ilimitadas, incluyen teléfonos inteligentes y módems de comunicación inalámbricos digitales, así como sistemas para eventos dinámicos, por ejemplo el procesamiento de audio y vídeo y la vigilancia de la salud. Los sistemas artificiales suelen diseñarse para contemplar el peor escenario posible y, en ese sentido, el DSP no es una excepción. La precisión del procesamiento se considera muy importante en todos los casos, a pesar de su impacto negativo en la eficiencia energética.

Un nuevo marco práctico de reducción dinámica de la precisión en condiciones adecuadas podría tener un impacto significativo en términos de residuos y consumo energético. El proyecto OPPORTUNISTIC-DSP, apoyado por la Unión Europea, desarrolló un plan para aplicaciones de alto consumo energético en el que una reducción de la carga de cálculo en condiciones adecuadas podría deparar grandes ventajas.

El equipo científico de este proyecto identificó un conjunto de especificaciones no excesivamente estrictas asociadas a contextos muy concretos, adaptó los cálculos de optimización (operador, número y precisión) y vigiló constantemente las condiciones de ejecución para identificar oportunidades de simplificación. A pesar de su aparente sencillez, cambiar la precisión de infinita a finita en determinados momentos afecta considerablemente a los escenarios con alta carga de cálculo. Cuando se implantó en un receptor de señales de entrada y salida múltiples (evolución a largo plazo (LTE) desarrollada por el proyecto asociativo de tercera generación (3GPP)), el consumo energético se redujo en un 40 % en comparación con los algoritmos originales.

Aunque el concepto es sencillo, su implantación no lo es tanto debido a la complejidad de los sistemas a los que afecta, por lo cual el equipo del proyecto desarrolló tres enfoques para posibilitar una mayor automatización del proceso de diseño y así minimizar la complejidad del diseño.

Las representaciones digitales del mundo se han convertido en la norma de los cálculos que habitualmente realizan a gran velocidad los ordenadores y equipos DSP. El proyecto OPPORTUNISTIC-DSP ha conseguido importantes avances en algoritmos y técnicas que facilitarán reducciones inteligentes de la precisión mediante aproximaciones oportunísticas. Estas técnicas han posibilitado, sin mermar la funcionalidad, una reducción significativa del consumo energético parecida a la de otras alternativas tradicionales de reducción energética. Por tanto, el DSP oportunístico puede constituir una opción importante para reducir tanto la carga de cálculo como el consumo eléctrico y sus emisiones.