Verkningsgrad på en dator som utför beräkningar

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Järfälla
Registrerad
Jan 2004

Verkningsgrad på en dator som utför beräkningar

Hej!

Jag har lekt med en tanke ett tag. En dator utnyttjar en viss mängd energi. För denna energi får man ut värme och beräkningskraft. Hur mycket är denna beräkningskraft värd?

Säg att jag jämför ett 200W elektriskt element mot en datorn som kontinuerligt utnyttjar 200W. Hur mycket värme genererar denna i förhållande till elementet? Vad är den termiska verkningsgraden?

Om jag sedan använder denna dator till att utföra beräkningar, vad är dessa värda i förhållande till mängden effekt datorn utnyttjar?

Säg att man skapar värmeelement med beräkningskraft, som fungerar som noder i ett nätverk där man behöver mycket beräkningskraft. Utnyttjar man då energin bättre? Är detta någonting man kan/bör utnyttja i framtiden?

Jag vet tillexempel att när jag var yngre, behövde jag inget element i mitt rum. Jag hade en stationär dator som värme upp rummet tillräckligt. Utöver värmen kunde jag även använda datorn i andra syften. Hur kan man tänkas mäta detta?

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Linköping
Registrerad
Jun 2005

El är i regel vare sig kostnadseffektivt eller miljömässigt den bästa lösningen för uppvärmning. Att ta till vara på spillvärme är en sak, men en stor ledtråd finns i just benämningen. Spillvärme. Man har tagit högvärdig energi (el) och omvandlat detta till något man vill ha (beräkningskraft) och dessutom omvandlas elenergin till värmeenergi. Om du tänker t.ex. på stora serverhallar, så kyls ofta den alstrade värmen bort med hjälp av stora kylsystem som i sin tur drar el (och kostar pengar). Man tvingas att göra så för det helt enkelt inte finns något kostnadseffektivt sätt att transportera spillvärmen dit den gör tillräckligt stor nytta.

Det här leder till att man vill ha så mycket beräkningskraft för varje 'watt' som servern kräver. Värmen vill man minimera.

Trädvy Permalänk
Forumledare
Registrerad
Okt 2002
Skrivet av trexake:

En dator utnyttjar en viss mängd energi. För denna energi får man ut värme och beräkningskraft. Hur mycket är denna beräkningskraft värd?

Säg att jag jämför ett 200W elektriskt element mot en datorn som kontinuerligt utnyttjar 200W. Hur mycket värme genererar denna i förhållande till elementet? Vad är den termiska verkningsgraden?

Om jag sedan använder denna dator till att utföra beräkningar, vad är dessa värda i förhållande till mängden effekt datorn utnyttjar?

Termisk verkningsgrad är generellt "användbar energi ∕ tillförd energi": för att koppla detta till beräkningskraft så behöver en beräknings "värde" kunna uttryckas i energi, vilket inte är lätt. Termisk verkningsgrad blir inte ett speciellt användningsbart mått här. Man kan som god approximation anta att en dator (som inte utför något mekaniskt nettoarbete) omvandlar all ingående energi till värme.

Ett energimått på en beräknings värde skulle i praktiken inte bara kräva kunskap om resultatet, utan även beräkningsalgoritmens effektivitet. Det finns principer som kan ge en nedre gräns av mängden nödvändig energi för att utföra en viss beräkning genom att koppla information till entropi och vidare till energi (se inte minst den intressanta kopplingen till Maxwells demon). Entropi är på egen hand ett välanvänt begrepp inom informationsteori, men just kopplingen till makroskopisk värme och termisk verkningsgrad är mer en kuriositet än något som appliceras praktiskt, skulle jag säga (det går dock att använda till roliga teoretiska övningar som att visa hur en ren "brute force"-knäckning av en 256-bitars symmetrisk krypteringsnyckel som en definitiv undre gräns i snitt skulle kräva energin motsvarande den som frigörs i 2²⁵⁶⁻²¹⁹ ∕ 2 = 69 miljarder supernovor [1]).

Diskussioner om "verkningsgrad" för nätaggregat handlar om hur stora värmeförluster genereras när väggens växelström omvandlas till datorinsidans likström. Det är inte speciellt relevant för en "total" termisk verkningsgrad för hela systemet, då även den utgående likströmmen blir värme när den med tiden får jobba i elektroniken.

Då går frågan snarare över i uppvärmningsskillnaden mellan en dator och ett el-element. Verkningsgradsmässigt för hela systemet: ingen större skillnad. Ur praktisk uppvärmningssynpunkt är det dock en annan fråga. Uppvärmning handlar till stor del om att fördelningen av värme ska bli gynnsam. En dator blir som en punktkälla av värme som vanligen är gömd på en icke-gynnsam plats för spridning, medan ett el-element ofta har en märkbar area och placeras exempelvis traditionellt under ett fönster för att låta kallraskonvektion hjälpa till med att sprida den uppvärmda luften. Detta ger en gigantisk skillnad för uppvärmning i praktiken, när man tittar på jämviktsläget för ett rums värmefördelning: en punktkälla ger en "hot spot" i en lokaliserad punkt, medan ett elements vanligen större area och öppnare placering (ofta anpassad enligt just cirkulationsprinciper, om installationen utförts av någon kunnig) kommer ge en mycket "mjukare" fördelning av samma mängd värmeenergi i rummet, vilket i praktiken gör mycket mer nytta för en person i rummet i fråga.

Detta kopplar också till förbudet mot glödlampor till förmån för lågenergilampor. Det hörs ibland klagomål i stil med "men allt blir ju ändå värme, så det kvittar" och "för mig som värmer med direktel blir det ingen skillnad" — inget av påståendena är sanna. Det har behandlats tidigare här i ÖÄ, exempelvis i denna tråd (klass 1-varning för en del villovägar och rena felaktigheter på vägen innan tråden i någon mån artar sig).

Skrivet av trexake:

Säg att man skapar värmeelement med beräkningskraft, som fungerar som noder i ett nätverk där man behöver mycket beräkningskraft. Utnyttjar man då energin bättre? Är detta någonting man kan/bör utnyttja i framtiden?

Värme är ofta ett stort problem för storskaliga beräkningar, då det inte längre räcker med någon enkel 80 mm-fläkt för att transportera bort en serverhalls värmeöverskott. Man försöker idag använda spillvärme från sådana anläggningar precis som från andra värmeintensiva industrier, och det finns en anledning till att serverhallar gärna byggs i Luleå snarare än i Valencia.

En metod där beräkningar sprids ut på maskiner som är integrerade i värmeelement i varje persons hem och kopplas samman över internet skulle kunna vara intressant ur den praktiska synvinkeln att delar av infrastrukturen redan existerar. Det skulle behöva någon sorts reglering som reglerade beräkningsbelastningen genom att mäta inne/ute-temperatur (man vill inte att den ska räkna livet ur sig på högsommaren, etc.), men detta skulle vara lösbart. Det uppkommer fler praktiska problem att lösa, men jag ser inget som på förhand gör systemet "omöjligt"; troligen äter administration och problem med att inte ha utrustningen centraliserad (ska en tekniker behöva åka runt i hela stan/landet?) upp många fördelar vid faktiska kostnadsberäkningar på metoden. Det skulle också krävas speciella typer av beräkningar/snabba uppkopplingar för att inte dataöverföring skulle bli en flaskhals, så applikationsområdet kanske skulle bli för litet.

I relation till en sådan idé så kan man nämna "molnleverantörer" som installerar en del av molnet "hos dig" just för att du ska kunna utnyttja spillvärmen till uppvärmning (eller snarare för att de själva ska slippa sköta en stor serverhall). Jag har läst om två sådana företag: Cloud&Heat (Tyskland) och Qarnot computing (Frankrike). De senare har till och med bilder på sina "elementdatorer" som man kan se på deras hemsida.

Skrivet av trexake:

Jag vet tillexempel att när jag var yngre, behövde jag inget element i mitt rum. Jag hade en stationär dator som värme upp rummet tillräckligt. Utöver värmen kunde jag även använda datorn i andra syften. Hur kan man tänkas mäta detta?

Detta kopplar direkt till den tidigare länkade tråden, och brukar bli ett hett (aha) diskussionsämne. I korthet så är ett problem med datorn som uppvärmning, även om vi skulle anta att den spred värme lika bra som ett element, att den saknar termisk reglering: om du spelar på sommaren så blir den troligen en ren uppvärmningsförlust. Om du ändå hade datorn igång på vintern, och det gjorde att du inte behövde ett element så känns det ju initialt som en vinst, men det ska också noteras att ett element med en fungerande termostat är tänkt att automatiskt anpassa sin effekt till rummets temperatur och bara jobba när det behövs, även om datorn var på plats (frågor öppnas om termostatens placering och annat, men men).

Mer effektivt för samma bekvämlighet (vilket egentligen är det intressanta måttet, vilket inte måste vara trivialt att uttrycka fysikaliskt) vore en strömsnål dator och ett element som skötte huvuduppvärmningen. En dator är generellt inte ett substitut för ett välplacerat och reglerat element.

Nu med kortare användarnamn, men fortfarande bedövande långa inlägg.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Västkusten
Registrerad
Aug 2010
Skrivet av trexake:

Om jag sedan använder denna dator till att utföra beräkningar, vad är dessa värda i förhållande till mängden effekt datorn utnyttjar?

På företag så vill man att alla inköp, datorer, bilar, maskiner, etc, att deras nyttovärde är högre än dess kostnad.
Kan du exempelvis debitera dina kunder 3kkr/h så kan en 20kkr dator ha betalt sig snabbare än om du kan debitera dina kunder 1kkr/h.
(Lite beroende på debiteringsgrad och hur stor del av arbetet datorn är)

Beräkningar för beräkningars skull har inget värde. Finns exempelvis stresstest program, kan vara intressant för att se att datorn är stabil innan man använder den till något viktigt. Men i övrigt har beräkningarna i stresstest program inget värde.

För att en dator ska ha ett värde krävs det att du har ett behov (utöver det marknadsvärde du kan sälja den för).

Sen är det klart att alla saker på ett företag genererar inte vinst, åtminstone inte direkt.
Exempelvis en kaffeautomat där de anställda får ta gratis kaffe är enbart en utgift utan att ge någon vinst.
Däremot kan det leda till ökad trivsel på arbetsplatsen och ökad trivsel kan leda till färre sjukskrivningar och mindre personalomsättning vilket kan ge positiva ekonomiska effekter.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Västra Götaland
Registrerad
Jul 2008

Beräkningar är inte arbete eller energi, därför kan inte en konventionell verkningsgrad beräknas (den hade blivit noll då all tillförd energi går som värmeförluster).

Däremot kan man uttrycka effektiviteten genom kvoten av beräkningskraften och energiförbrukningen, exempelvis som FLOPS/W, 3DMark-poäng/W eller liknande. Det beror ju förstås på vilken typ av beräkningar som avses, och en viss dator kommer ha olika effektivitet i olika beräkningsscenarior.

Pengar har inte i den här beräkningen att göra.

Quad-quad core med kvävekylning och kokvattenreaktor.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Västra götaland
Registrerad
Jul 2012

Det är därför Facebook lägger sina servrar i norr. Inte bara att de kan "frikyla" hallen med utomhustemperaturen. Luleå energi köper spillvärme till sitt kommunala fjärrvärmenät. (Om jag har fattat det rätt)

Själv kör jag FAH i garaget nu på vintern. Jag ser den förbrukade elen som något jag skulle stoppat i en bössa på stan men jag behåller värmen själv

GA-Z97P-D3 | i5 4690K | 8Gb DDR3 | Gigabyte GF 760GTX | Samsung 850EVO 120Gb
Kylare: CPU: CM TX3 EVO3 | CPU: Arctic TwinTurbo II | PSU: Silver Power SP-S460FL (Passiv)
Lur: OnePlus 3T | NAS: Synology 211j + XPEnology Hemmabygge