L'ingénierie est souvent définie comme le compromis entre le rêve et la réalité. En effet, la combinaison des impératifs en matière de performances informatiques élevées, de faible consommation d'énergie, de fonctionnement sans surchauffe et de légèreté est un parfait exemple des compromis d'ingénierie à prendre en compte dans le cadre de toute conception.

Il y a encore peu de temps, informatique à faible consommation rimait automatiquement avec conceptions à performances réduites. Ce n'est plus le cas aujourd'hui. En se concentrant sur l'optimisation de l'efficacité énergétique et de la forme, l'industrie des appareils mobiles produit des résultats qui semblent bouleverser ce postulat de longue date.

Un réseau d'énergie surchargé

Dans le cadre de ce processus, certains anciens compromis d'ingénierie subissent d'importantes modifications, annonçant une nouvelle ère de l'informatique à faible consommation d'énergie. Les dernières évolutions laissent présager de grandes améliorations en matière d'efficacité énergétique - juste à temps pour satisfaire la demande considérable en énergie attendue avec l'explosion du secteur des appareils mobiles et l'essor de l'« Internet des Objets ».

Le phénomène auquel nous assistons actuellement n'est autre que la réaction à une demande énergétique en pleine croissance et à un réseau d'énergie surchargé. Notre avenir informatique implique des quantités exponentielles d'appareils et d'informations alors que les coûts de l'énergie ne font qu'augmenter et que les infrastructures énergétiques sont déjà saturées. La solution consiste en grande partie à améliorer l'efficacité énergétique de nos appareils informatiques au même rythme que celui des gains de performance considérables du microprocesseur obtenus au cours des trente dernières années dans le secteur informatique.

Une nouvelle approche holistique

Les technologies mobiles d'aujourd'hui sont fondées sur des avancées qui offrent des performances plus élevées à des appareils toujours plus petits, augmentent la durée de vie de leurs batteries, réduisent leur poids et les phénomènes de surchauffe et suppriment presque la nécessité de ventilateurs bruyants. De nombreux gains d'efficacité énergétique découlent du rejet de l'ancien modèle de gestion de l'énergie axé sur le PC (« plus c'est grand, mieux c'est ») au profit d'une nouvelle approche holistique intégrant des fonctions de gestion de l'énergie à l'ensemble du système. Cette nouvelle approche a donné lieu à des progrès dans l'intégration de système, l'innovation et la gestion de l'énergie en mode veille.

Les approches concernant l'intégration de système comprennent des architectures de systèmes hétérogènes (HSA) qui associent des CPU et des GPU sur une seule et même puce, souvent appelées APU (unité de traitement accéléré). Cela permet de réduire la consommation d'énergie lors d'une utilisation normale en éliminant les interfaces qui consomment de l'énergie entre les puces. Ainsi les outils de gestion présents sur les puces peuvent distribuer et réduire efficacement la consommation d'énergie entre les différents composants intégrés.

Les appareils alimentés par l'architecture HSA contribuent à améliorer l'efficacité du processus de traitement en sélectionnant et en acheminant les charges de travail vers le processeur le mieux adapté, permettant ainsi d'accroître les performances pour des applications de bureau standards et des applications liée à l'« informatique visuelle » et aux interfaces utilisateur naturelles. En bref, les appareils dotés d'une architecture HSA sont conçus pour offrir des capacités de performances améliorées tout en consommant moins d'énergie.

Des innovations basse consommation

Un autre domaine prometteur de la gestion de l'énergie, apparu récemment, est axé sur les modes « basse consommation » et « veille ». La gestion du mode veille est parfaitement adaptée aux appareils mobiles, ces derniers demandant des performances élevées pour de courtes durées, suivies d'intervalles d'inactivité relativement longs alors que l'utilisateur attend une réponse ou constate un résultat. La clé est de concevoir une architecture à très faible consommation en mode veille, permettant à l'appareil d'entrer dans ce mode aussi vite que possible et créant une architecture de puce flexible de manière à fournir une configuration basse consommation capable d'être activée rapidement et à tout moment.

Grâce à ces innovations, l'efficacité énergétique ne correspond plus au rapport entre performances optimales et consommation en activité intensive (soit l'efficacité en utilisation intensive), mais davantage au rapport entre performances optimales et consommation en activité normale. Les performances sont fournies pour de courts laps de temps et visent à répondre rapidement à la demande de l'utilisateur, tandis que la consommation est généralement beaucoup moins importante que la consommation en activité intensive en raison de l'utilisation brutale du mode basse consommation mentionné précédemment.

Cette évaluation de l'efficacité est appelée « efficacité énergétique en utilisation normale » et progresse à un rythme bien plus rapide que celui de l'efficacité en utilisation intensive en raison de son architecture et des innovations qu'elle propose en matière de gestion de l'énergie.

Une efficacité « performance par watt »

Les performances informatiques sont généralement évaluées à l'aide d'outils de mesures normalisés par le secteur tels que les FLOPS (opérations en virgule flottante par seconde), les MIPS (millions d'instructions par seconde) et autres critères de référence bien connus. Mesurer la performance de l'équation de l'efficacité énergétique peut s'avérer plus complexe car il s'agit d'une cible en perpétuel mouvement, caractérisée par des changements continus dus au fait que le système gère diverses charges de travail.

La performance par watt mesure l'activité d'un appareil pour chaque watt consommé. Comme cela a été souligné précédemment, la gestion avancée de l'énergie permet d'évaluer son efficacité au moyen des watts consommés en mode basse consommation plutôt que des watts consommés lors de courtes périodes d'activité intensive. Dorénavant, cette mesure est généralement employée pour évaluer l'efficacité de plateformes à fonctions multiples, notamment les téléphones portables, les tablettes, les ordinateurs portables et les appareils embarqués.

Le défi est d'en finir avec cette obsession de la performance présente durant ces trente dernières années dans le domaine de l'informatique et de concevoir la nouvelle génération d'appareils dans l'optique d'une efficacité « performance par watt » optimale. Autre défi associé : identifier le critère de mesure le plus représentatif en termes de performances afin qu'il reflète l'utilisation énergétique normale des appareils mobiles d'aujourd'hui.

L'association de performances élevées et d'une grande consommation d'énergie n'est plus à l'ordre du jour pour de nombreux appareils. Cela est particulièrement vrai pour les besoins en énergie de milliards de nouveaux appareils électroniques qui vont constituer l'Internet des Objets. De même, les utilisateurs refuseront des appareils qui, certes, consomment peu mais offrent des performances médiocres, ce qui présente un défi de taille pour les constructeurs.

L'impératif mondial d'efficacité énergétique

Les processeurs utilisés dans beaucoup d'appareils électroniques actuels sont à peu près dix fois plus efficaces en matière d'énergie que ceux proposés seulement six ans plus tôt ; d'ici à 2020, pour les meilleurs d'entre eux, l'efficacité énergétique en utilisation normale devrait être 25 fois plus importante. Voilà une bonne nouvelle pour les utilisateurs d'appareils électroniques, pour le secteur des nouvelles technologies et pour la planète.

Avec des milliards de nouveaux appareils connectés attendus d'ici la fin de la décennie, chacun exploitant une part d'énergie d'un réseau mondial sous tension, les appareils à faible consommation seront une priorité absolue dans les années à venir. Heureusement, tous les progrès réalisés en matière de microprocesseurs APU, d'intégration SoC (System on Chip - système sur puce), de gestion intelligente de l'énergie et de performances grâce à l'informatique hétérogène de nouvelle génération permettent de répondre à l'impératif mondial d'efficacité énergétique.

Notre avenir informatique n'est pas négociable. Les constructeurs innovants développent des appareils qui, de manière simultanée, enregistrent des performances élevées et une faible consommation d'énergie. Les innovations génératrices de progrès en matière de performance technologique et d'efficacité énergétique sont promises à un brillant avenir.