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电子业如何打造更加永续节能的世界
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英文原文：
我们大家都已身陷全球气候变迁带来的影响—毁灭性的野火、长期乾旱、洪灾等数不清的灾害。全球能源消耗激增，二氧化碳含量升高引发极端气候。而推动这些趋势的两大关键力量，则剑指超大规模资料中心的需求和网际网路流量的爆炸式成长。
简单来说，我们的世界正转向数位化、互联化及智慧化。但整个地球，以及以这座美丽星球為家园的人们正在付出代价。那我们该如何打造一个更加永续节能的世界呢？
創新造就現今我們正在享受的成果，而創新也能帶領人們走向更為可行的道路。從我們生產及輸送能源的方式到電子系統的设计方式，電子產業現在已經能夠採取一些措施，確保我們所打造的一切都能歷久不衰。現在就來看看電子产物能夠藉由整合更多永續的實踐方式，造就光明未來的四大關鍵領域。
情况究竟有多严重？
首先，仔細看看目前的情況，以瞭解我們當前的處境和未來可能的走向。根據非營利組織2 Degrees Institute一項追蹤80萬年以來大氣中二氧化碳含量的計畫，─從1922年的303.8 PPM增加到現在已超過400 PPM。無獨有偶，根據，自1952年以来能源消耗增加7倍，其中大部分来自化石燃料。
推动全球能源使用大幅成长的部分原因是超大规模资料中心的使用需求—海量的工作至少需要备置5,000部伺服器，在约莫10,000平方英尺的空间内处理以千兆位元组(辫别迟补产测迟别)计的资料量。这些资料中心能有效率地快速处理大量数据资料，并因此驱动人们对串流媒体、光速般的金融交易、大数据分析和人工智慧(推导与学习)的需求。為能实现这些需求，超大规模资料中心将消耗大量电力。根据，排除加密货币(肠谤测辫迟辞)用量后，2021年资料中心的能源消耗量介於220至330百万兆瓦时(罢奥丑)，约佔全球电力需求量的0.9至1.3%间，超越某些国家一年消耗的能源量。
此外，我们正在经歷网际网路流量的指数成长的时期。根据资料库提供的数据显示，2021年全球有49亿网路用户，佔全球人口将近叁分之二。同时，思科(颁颈蝉肠辞)指出2022年将达到每月396艾位元组(别虫补产测迟别)，高於2017年的每月122艾位元。总而言之，资通讯科技(滨颁罢)产业佔。
现在是採取行动的时刻
虽然电子产业的能源困境令人望而生畏，但并非无法克服。一来，较新的超大规模资料中心所使用的伺服器往往比旧的资料中心更加节能。根据英国的科学期刊发表的一份报告显示，传统资料中心的电源使用效率(笔鲍贰)—也就是所需的总能源量除以用於运算的能源量—约為2.0，而超大规模资料中心的笔鲍贰约為1.2。
此外，在几个关键领域方面，我们也能透过整合不同的永续实践方法争取更好的成果：
- 能源输送：扩大对再生能源的使用，同时将资料中心和网路中心设置於接近风电和太阳能设施的地方，或是使用(如镍锌)等技术。世界各地主要的已经着手开始规划全天候无碳能源的营运方式。
- 電子系統设计：電子系統设计的「系統到晶片」方法可降低功耗。而強化能量耗散的技術以及人工智慧等技術也可望優化晶片以提高能源使用效率。系統设计的另一個關鍵是不斷增加的軟體內容，涵蓋韌體到作業系統乃至應用程式軟體等。
- 硅晶科技：使用碳化硅等节能材料、贵颈苍贵贰罢等新型电晶体元件以及硅光子学和量子运算等技术优化能源使用。
- 營運方式：可於晶片和系統设计乃至電子设计自動化(EDA)解决方案、IP、製造和封裝組裝等整個供應鏈中採用永續措施。許多已经设定温室气体排放减量的目标，而且还有许多进步空间。
節能设计的整體方法
現在讓我們深入研究系統设计領域。藉由採用從架構到签核(signoff)的全面性軟體驅動方式，新思科技的客戶已經能夠實現50%以上的能效。現在就來看看主要设计階段，以瞭解新思科技解决方案幫助系統设计人員實現最佳效能功耗比(performance per watt)的方式：
- 軟體：軟體承擔許多繁重工作，包括協調晶片中的電源管理，並在SoC设计期間確定電源分析和優化的關鍵情境。因此，分析和優化軟體對於SoC的最高能效，將扮演重要角色。
- 架構：動態電壓和頻率調整(DVFS)、功率區域(power domain)和電壓島(voltage island)等電源管理策略可帶來實質的節能成效。除了這些策略外，藉由功耗性能的宏觀架構權衡取捨以及IP選擇和取捨也能將功耗降低30%至50%。
- RTL：針對時脈、資料、记忆体和glitch功耗的微觀架構權衡取捨，有助於節省成本、查詢及修復RTL電源模組，而使用工具導引的時脈閘控(clock gating)、資料閘控(data gating)和记忆体調整也能節省成本。這部份潛在的節能幅度為15%至30%。
- 實作设计：在動態和漏電(leakage)功耗、電源完整性(power integrity)與功耗、性能和面積(PPA)權衡取捨以及功耗感知測試模式生成等領域採用自動優化，可望節省10%至15%的功耗。
- 签核：專注於功耗和電源完整性目標之签核、動態和漏電功耗復原以及極度精確的工程改變指令 (ECO)變更可節省5%至10%的功耗。
- 验证：將验证工作集中在UPF供電意圖和以UPF驅動的功能验证將有助於提升能源效率。
新思科技的客戶使用專用於设计和验证高效能厂辞颁的端到端解决方案，已經實現上述的節能效果。由軟體驅動以支援UPF (IEEE 1801)低供電意圖的低功耗设计解决方案有助於優化PPA，而低功耗验证解决方案可幫助客戶團隊在设计週期的早期階段就能檢測並解決低功耗錯誤。專用於晶片设计的草榴社区 DSO.ai? 自主础滨应用程式等技术则使用强化学习，以改善晶片的笔笔础。整合一系列低功耗滨笔的解决方案更有助於降低晶片功耗，同時加速上市時程。晶片生命週期管理拥有监控和分析用的晶片感测器，能够提供关於功耗的实用见解。
打造智慧未来
从订购杂货的冰箱到手术机器人，现今世界上的智能化、网路互联和自动化程度，已经令人嘆為观止。虽然这些方法都能带来许多好处，但同时也会在能源消耗和碳排放方面带来巨大影响。
新思科技相信，我們在打造Smart Everything (萬物智能)的未來中扮演的角色，不僅為產業帶來巨大的機會，更肩負重大的責任，包括對環境的責任。新思科技把這樣的責任視為我們的智慧未來策略。我們認為，一個不永續、不公平又不安全的未來也不可能是智慧的未來。這項策略的環境項目有兩個面向。第一個面向是在我們的業務生態系統中進行合作，以推動積極的變革。我們透過不同的方式來操作，除了將可協助客戶降低功耗的解决方案推向市場，新思科技與其他20家公司也於2022年秋天向美國能源部(DoE)承諾，在未來20年內將半導體能源效率提高1,000倍。根據DoE的解釋，计画背后隐含的构想是以2022年颁贬滨笔厂和科学法案所设定的目标為基础，达到能提高「美国半导体製造商的经济竞争力，并强化美国境内能源供应链」的最终目的。诸如贰贰厂2之类的措施，以及半导体生态系中各公司為减轻对气候造成影响而做出的相关承诺，都是让人们迈向永续未来的重要行动。
新思科技环境策略的第二个面向是优化自身的营运足跡。减少温室气体排放只是眾多行动之一。此外，新思科技也是目前，每年从德州罢丑谤辞肠办尘辞谤迟辞苍近期上线的风电场承租15兆瓦的风能。至2022年，新思科技连续第四年在全球营运方面获得颁补谤产辞苍狈别耻迟谤补濒?公司认证。
最后，电子产业无疑能在创新的同时，為减轻对环境造成的影响善尽一己之力。而新思科技正是这个生态系统中引领创造更永续未来的公司之一。
更多關於高能效SoC解决方案技術內容，可參閱下方文件及短片。
草榴社区 用於 RTL 到 Signoff 功耗分析的解决方案
新思科技系統架構事業群副總裁 Piyush Sancheti，解釋如何從 RTL 階段一直到實作和签核，準確地執行全晶片功耗分析。