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全球氣候變化的影響很多人都切實感受到了，比如肆虐的森林大火、長時間的干旱、暴雨洪水等等。全球能源消耗不斷增加，造成二氧化碳濃度不斷升高，進而引發極端天氣狀況。而之所以出現這些趨勢，有兩個關鍵因素，一是向超大規模數據中心的轉變，二是互聯網流量的激增。世界正在變得更加數字化、互聯化和智能化。但地球，以及所有將這個美麗的地方稱為家園的人，都在為之付出代價。那么我們應該如何創造一個更可持續、更節能的世界呢？創新引領我們走到了今天，也在帶領我們找到一條切實可行之路。從能源生產和輸送的方式到電子系統的設計，電子行業現在可以采取多項措施來確保我們所建造的一切都能持續。本文將介紹電子行業的四個關鍵領域，通過在這些領域采用更可持續的做法，可以為下一代創造更加光明的未來。

當前的形式有多糟糕？

非營利機構2 Degrees Institute開展了一個追蹤從80萬年前到現在的大氣中二氧化碳濃度變化的研究，該項研究表明，全球二氧化碳濃度正在急劇上升，從1922年的303.8 PPM增長至現在的超過400 PPM。此外，Seeking Alpha發布的一份世界能源年度報告顯示，自1952年以來，能源消耗增長了7倍，其中大部分來自于化石燃料。全球能源用量大幅增長的一部分原因是向超大規模數據中心的轉變──這類巨大工程在大約900平方米（1萬平方英尺）的空間內部署至少5,000臺服務器來管理PB級的數據，其效用在于能夠快速處理大量數據，而這些數據是實現流媒體視頻、超快速金融交易、大數據分析和人工智能（包括推理和學習）所需的。但是，要完成這樣的數據處理，超大規模數據中心需要消耗大量電力。國際能源署在一份關于數據中心和數據傳輸網絡的報告表示，在不考慮加密技術的情況下，2021年，數據中心的能源用量在220至330太瓦時（TWh）之間，約占全球最終電力需求的0.9%至1.3%。這比一些國家或地區的全年能源消耗還要多。與此相關，互聯網流量正在呈指數級增長。據Statista統計，2021年，全球互聯網用戶達到49億人，占全球人口近三分之二的比例。與此同時，思科預計今年全球互聯網流量將增加到每月396 EB，而2017年為每月122 EB。信息和通信技術（ICT）行業總共占全球碳排放量的2%以上。

現在是時候該行動了

雖然電子行業的能源困境讓人望而卻步，但并非不可逾越。首先，新建超大規模數據中心所使用的服務器往往比以前的更省電。根據《Nature》上發表的一份報告顯示，傳統數據中心的電源使用效率（PUE）（即所需的總能量除以用于計算的能量）約為2.0，而超大規模數據中心則約為1.2。此外，通過采用更可持續的做法，我們可以在幾個關鍵領域取得更好的成果：

能源輸送：擴大可再生能源的使用，同時將數據中心和網絡中心建在離風能和太陽能等能源更近的地方，會帶來很大的不同。使用可持續電池技術（如鎳鋅電池）也是如此。各大超大規模數據中心運營商已經實現或計劃很快實現全天候無碳能源運營。

電子系統設計：采用系統到芯片的方法來設計電子系統可以降低功耗。另外還有增強能量耗散效果的技術，以及利用AI等技術來優化芯片能效的機會。在系統設計上，另一個關鍵方面是不斷增多的軟件內容，從固件到操作系統，再到應用軟件等。

芯片技術：使用碳化硅等節能材料、FinFET等新型晶體管器件以及硅光子學和量子計算等技術可以優化能源使用。

運營：從芯片和系統設計到電子設計自動化（EDA）解決方案、IP、制造和封裝，整個供應鏈都可以采取可持續性措施。許多半導體公司已經設定了減少溫室氣體排放的目標。除此之外，我們還可以做更多的工作。

采用整體性方法來實現

節能設計

經證實，通過利用新思科技從架構到簽核的整體性軟件驅動方法，開發者們能夠實現超過50%的能效。那么新思科技的解決方案是如何幫助系統開發者實現出色的性能功耗比的呢？

軟件：在SoC設計過程中，軟件可謂功不可沒，其作用包括協調芯片中的電源管理，以及確定功耗分析和優化的關鍵場景。因此，有必要通過分析和優化軟件來確保SoC實現最佳能效。

架構：動態電壓頻率調整（DVFS）、電源域和電壓島等電源管理策略可以帶來顯著的節能效果。除了這些策略外，功耗與性能的宏架構權衡，以及IP選擇和權衡，可以節省30%至50%的電能。

RTL：時鐘、數據、內存和毛刺功耗的微架構權衡有助于實現節能，查找和修復RTL電源塊以及使用工具引導的時鐘門控、數據門控和內存大小調整也是如此。此處可能實現的節能效果：15%至30%。

實現：在動態和泄漏功耗、電源完整性與功耗、性能和面積（PPA）權衡，以及功耗感知測試碼生成等領域采用自動優化技術，可實現10%至15%的節能效果。

簽核：通過采用以簽核為中心的方法實現功耗和電源完整性目標，再加上動態和泄露功耗回收以及非常精確的工程變更命令（ECO）更改，可實現5%至10%的節能效果。

驗證：通過將驗證工作集中在UPF功耗設計意圖驗證和UPF驅動的功能驗證，有助于提高能效。

新思科技針對節能SoC的設計和驗證為開發者提供了端到端解決方案，幫助開發者取得了這些成果。新思科技的軟件驅動型低功耗設計解決方案支持UPF（IEEE 1801）低功耗設計意圖，可以幫助優化PPA，而低功耗驗證解決方案可以幫助開發者及早發現和解決低功耗錯誤。新思科技DSO.ai自主AI芯片設計應用等技術使用強化學習來從功耗、性能和面積方面改善芯片。結合使用低功耗IP解決方案組合還可以幫助降低芯片功耗，同時加快產品上市。芯片生命周期管理（SLM）提供用于監控和分析的片上傳感器，可以在功耗方面生成切實可行的見解。

塑造智能未來

從可以購物的冰箱到手術機器人，這個世界的智能化、互聯性和自動化水平令人驚嘆。雖然這些應用可以帶來很多益處，但也會在能耗和碳排放方面產生巨大的影響。新思科技認為，我們在塑造萬物智能的未來方面所扮演的角色不僅帶來了巨大的機遇，也產生了重要的責任，其中包括環保責任。我們稱之為“智能未來”戰略。我們認為，只有做到可持續、公平和安全，才能成就智能未來。該戰略在環境方面采取了雙管齊下的方法。第一步是在新思科技的商業生態系統中開展合作，推動積極的變革。第二步是優化自身的運營足跡。減少溫室氣體排放只是我們為此而采取的眾多舉措之一。2022年，新思科技連續四年在全球運營方面獲得了CarbonNeutral公司的認證。電子行業有機會盡自己的職責來減少其創新成果對環境的影響。電子行業生態系統中已有眾多公司帶頭行動，新思科技便是其中之一，我們有信心協同各位開發者一起，齊心協力創造更可持續的未來。數十年來，新思科技始終踐行低碳環保、可持續發展的綠色低碳理念，并將于2022年12月26日在廈門舉辦的2022 ICCAD峰會上重磅推出云上科普館，歡迎掃碼即刻進入。