Το εύρημα νέας μελέτης του MIT για τη δυνητική κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές άνθρακα εάν τα αυτόνομα οχήματα υιοθετηθούν ευρέως.
Στο μέλλον, η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία των ισχυρών υπολογιστών σε έναν παγκόσμιο στόλο αυτόνομων οχημάτων θα μπορούσε να δημιουργήσει τόσες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου όσες παράγουν όλα τα κέντρα δεδομένων στον κόσμο, σήμερα.
Τα κέντρα δεδομένων που φιλοξενούν τη φυσική υπολογιστική υποδομή που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση εφαρμογών είναι ευρέως γνωστά για το μεγάλο τους αποτύπωμα άνθρακα: Επί του παρόντος αντιπροσωπεύουν περίπου το 0,3% των παγκόσμιων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου ή περίπου τόσο άνθρακα όσο παράγει πχ, η Αργεντινή ετησίως, σύμφωνα με τη Διεθνή Οργάνωση Ενέργειας.
Συνειδητοποιώντας ότι έχει δοθεί λιγότερη προσοχή στο πιθανό αποτύπωμα των αυτόνομων οχημάτων, οι ερευνητές του MIT κατασκεύασαν ένα στατιστικό μοντέλο για να μελετήσουν το πρόβλημα. Προσδιόρισαν ότι 1 δισεκατομμύριο αυτόνομα οχήματα, το καθένα από τα οποία κινείται για μία ώρα την ημέρα με έναν υπολογιστή που καταναλώνει 840 Watt, θα καταναλώνουν αρκετή ενέργεια για να παράγουν περίπου την ίδια ποσότητα εκπομπών όπως τα παρόντα κέντρα δεδομένων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν, επίσης, ότι σε πάνω από το 90% των μοντελοποιημένων σεναρίων, κάθε όχημα πρέπει να χρησιμοποιεί λιγότερο από 1,2 κιλοβάτ ισχύος για υπολογιστές, κάτι που θα απαιτούσε πιο αποδοτικά υλικά, με στόχο να αποτραπούν οι εκπομπές των αυτόνομων οχημάτων λόγω της αύξησης των εκπομπών των κέντρων δεδομένων.
Το κρίσιμο σενάριο
Σε ένα σενάριο, που θέλει το 95% του παγκόσμιου στόλου οχημάτων να είναι αυτόνομο το 2050, εφόσον ο υπολογιστικός φόρτος εργασίας διπλασιάζεται κάθε τρία χρόνια και ο κόσμος συνεχίζει να «απελευθερώνεται» από τον άνθρακα με τον τρέχοντα ρυθμό, διαπίστωσαν ότι η απόδοση του υλικού θα πρέπει να διπλασιάζεται γρηγορότερα από κάθε 1,1 έτος ώστε να διατηρήσει τις εκπομπές κάτω από αυτά τα επίπεδα.
«Αν διατηρήσουμε απλώς τις συνήθεις τάσεις στην απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές και τον τρέχοντα ρυθμό βελτιώσεων στην απόδοση του υλικού, δεν φαίνεται ότι θα είναι αρκετό για να περιοριστούν οι εκπομπές από τον υπολογισμό των αυτόνομων οχημάτων. Αυτό μπορεί να αποτελέσει ένα τεράστιο πρόβλημα. Αλλά, αν το προλάβουμε, θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε πιο αποτελεσματικά αυτόνομα οχήματα που έχουν μικρότερο αποτύπωμα άνθρακα από την αρχή», λέει ο Σουμίγια Σουντάκαρ, μεταπτυχιακός φοιτητής στην αεροναυπηγική και την αστροναυτική που μετείχε στη σύνταξη της μελέτης.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα πλαίσιο για να διερευνήσουν τις λειτουργικές εκπομπές από υπολογιστές σε έναν παγκόσμιο στόλο ηλεκτρικών οχημάτων που είναι πλήρως αυτόνομα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν απαιτούν εφεδρικό άνθρωπο-οδηγό.
Το μοντέλο είναι συνάρτηση του αριθμού των οχημάτων του παγκόσμιου στόλου, της ισχύος κάθε υπολογιστή σε κάθε όχημα, των ωρών οδήγησης από κάθε όχημα και της έντασης άνθρακα της ηλεκτρικής ενέργειας που τροφοδοτεί κάθε υπολογιστή.
«Από μόνο του, αυτό μοιάζει με μια απατηλά απλή εξίσωση. Αλλά, κάθε μία από αυτές τις μεταβλητές περιέχει πολλή αβεβαιότητα επειδή εξετάζουμε μια αναδυόμενη εφαρμογή που δεν είναι ακόμα παρούσα», λέει ο Σουντάκαρ.
Για παράδειγμα, ορισμένες έρευνες υποδεικνύουν ότι ο χρόνος οδήγησης σε αυτόνομα οχήματα μπορεί να αυξηθεί επειδή οι άνθρωποι μπορούν να κάνουν πολλές εργασίες ενώ οδηγούν και οι νέοι και οι ηλικιωμένοι θα μπορούσαν να οδηγήσουν περισσότερο. Άλλες έρευνες, όμως, δείχνουν ότι ο χρόνος που αφιερώνεται στην οδήγηση μπορεί να μειωθεί επειδή οι αλγόριθμοι θα μπορούσαν να βρουν βέλτιστες διαδρομές που οδηγούν τους ανθρώπους στους προορισμούς τους πιο γρήγορα.
Πολλές οι αβεβαιότητες
Εκτός από την εξέταση αυτών των αβεβαιοτήτων, οι ερευνητές χρειάστηκε επίσης να μοντελοποιήσουν προηγμένο υπολογιστικό υλικό και λογισμικό που δεν υπάρχει ακόμη. Για να το πετύχουν αυτό, μοντελοποίησαν το φόρτο εργασίας ενός δημοφιλούς αλγορίθμου για αυτόνομα οχήματα, γνωστού ως «βαθύ νευρωνικό δίκτυο πολλαπλών εργασιών», επειδή μπορεί να εκτελέσει πολλές εργασίες ταυτόχρονα. Εξερεύνησαν πόση ενέργεια θα κατανάλωνε αυτό το βαθύ νευρωνικό δίκτυο εάν επεξεργαζόταν πολλές εισόδους υψηλής ανάλυσης από πολλές κάμερες με υψηλούς ρυθμούς καρέ την ίδια στιγμή.
Όταν χρησιμοποίησαν το πιθανολογικό μοντέλο για να εξερευνήσουν διαφορετικά σενάρια, ο Σουντάκαρ εξεπλάγη από το πόσο γρήγορα προστέθηκε ο φόρτος εργασίας των αλγορίθμων.
Για παράδειγμα, εάν ένα αυτόνομο όχημα έχει 10 βαθιά νευρωνικά δίκτυα που επεξεργάζονται εικόνες από 10 κάμερες και αυτό το όχημα οδηγείται για μία ώρα την ημέρα, θα βγάζει 21,6 εκατομμύρια συμπεράσματα κάθε μέρα. Ένα δισεκατομμύριο οχήματα θα έβγαζαν 21,6 τετράκις δισεκατομμύρια συμπεράσματα. Για να γίνει αντιληπτό πρακτικά, όλα τα κέντρα δεδομένων του Facebook, παγκοσμίως, κάνουν μερικά τρισεκατομμύρια συμπεράσματα κάθε μέρα…
Τα αυτόνομα οχήματα θα χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση αγαθών, καθώς και ανθρώπων, επομένως θα μπορούσε να υπάρχει τεράστια ποσότητα υπολογιστικής ισχύος που κατανέμεται στις παγκόσμιες αλυσίδες εφοδιασμού, λέει. Και το μοντέλο που εξέτασε μόνο υπολογιστές, δεν λαμβάνει υπόψη την ενέργεια που καταναλώνεται από τους αισθητήρες των οχημάτων ή τις εκπομπές που παράγονται κατά την κατασκευή .
Το υπολογιστικό υλικό
Για να μην είναι εκτός ελέγχου οι εκπομπές ρύπων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κάθε αυτόνομο όχημα χρειάζεται να καταναλώνει λιγότερο από 1,2 κιλοβάτ ενέργειας για υπολογιστές. Για να είναι δυνατό αυτό, το υπολογιστικό υλικό πρέπει να γίνεται πιο αποτελεσματικό με σημαντικά ταχύτερο ρυθμό, διπλασιάζοντας την απόδοση περίπου κάθε 1,1 έτος.
Ένας τρόπος για να αυξηθεί αυτή η αποτελεσματικότητα θα μπορούσε να είναι η χρήση πιο εξειδικευμένου υλικού, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί συγκεκριμένους αλγόριθμους οδήγησης. Επειδή οι ερευνητές γνωρίζουν τις εργασίες πλοήγησης και αντίληψης που απαιτούνται για την αυτόνομη οδήγηση, θα μπορούσε να είναι ευκολότερο να σχεδιάσουν εξειδικευμένο υλικό για αυτές τις εργασίες, λέει ο Σουντάκαρ. Ωστόσο, τα οχήματα τείνουν να έχουν διάρκεια ζωής 10 ή 20 ετών, επομένως μια πρόκληση για την ανάπτυξη εξειδικευμένου υλικού θα ήταν να το «προστατέψουν» στο μέλλον, ώστε να μπορεί να εκτελεί νέους αλγόριθμους.
Στο μέλλον, οι ερευνητές θα μπορούσαν επίσης να κάνουν τους αλγόριθμους πιο αποτελεσματικούς, επομένως θα χρειάζονταν λιγότερη υπολογιστική ισχύ. Ωστόσο, αυτό είναι άλλη μία πρόκληση, επειδή η ανταλλαγή δεδομένων ακριβείας για περισσότερη αποτελεσματικότητα θα μπορούσε να δημιουργήσει ζητήματα σε σχέση με την ασφάλεια του οχήματος.
Τώρα, οι ερευνητές θέλουν να συνεχίσουν την εξερεύνηση της αποδοτικότητας του υλικού και των βελτιώσεων αλγορίθμων. Επιπλέον, λένε ότι το μοντέλο τους μπορεί να βελτιωθεί, ενσωματώνοντας σε αυτό τον άνθρακα από τις εκπομπές που παράγονται στην κατασκευή ενός αυτοκινήτου και από τις εκπομπές των αισθητήρων ενός οχήματος.
Ενώ υπάρχουν ακόμη πολλά σενάρια προς διερεύνηση, οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτή η εργασία ρίχνει φως σε ένα πιθανό πρόβλημα που ίσως δεν είχε εξετάσει η βιομηχανία γενικώς. Υπό την έννοια ότι η κατανάλωση ενέργειας ενός αυτόνομου οχήματος είναι πραγματικά κρίσιμη, όχι μόνο για την επέκταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας, αλλά και για τη βιωσιμότητα.