Des opportunités d'optimisation énergétique

Le traitement numérique du signal (TNS) se réfère à toute une série de techniques utilisées pour améliorer le signal numérique et améliorer sa précision et sa fiabilité. Le monde est intrinsèquement analogique mais les ordinateurs (de fait des convertisseurs analogique-numérique) le numérisent pour pouvoir le manipuler. Le traitement du signal numérique permet de distinguer le signal réel du bruit environnant.

Les applications du TNS sont virtuellement sans limites. Ces applications peuvent être des modems numériques de communication sans fil, des smartphones, des systèmes de suivi d'évènements hautement dynamiques comme les moniteurs de surveillance de santé, la vidéo ou le traitement audio. Les systèmes d'ingénierie sont souvent conçus pour répondre au pire des scénarios et le traitement numérique du signal n'y fait pas exception. La précision du traitement est maintenue à un très haut niveau dans tous les cas au détriment souvent de l'efficacité énergétique.

Un nouveau cadre pratique capable de réduire cette précision de manière dynamique lorsque les conditions sont appropriées, pourrait avoir un impact majeur sur la consommation d'énergie et la production de déchets. Le projet OPPORTUNISTIC-DSP financé par l'UE a développé un système pour les applications fortement consommatrices d'énergie où le bénéfice maximum peut être obtenu tout en réduisant la charge de calcul lorsque cela est possible.

Les chercheurs ont identifié un certain nombre de spécifications pouvant être assouplies en fonction du contexte, adapté les calculs d'optimisation (opérateur, nombre et précision) et contrôlé les conditions d'exécutions en continu afin d'identifier de nouvelles opportunités de simplification. Bien qu'anodin en apparence, le passage d'une précision infinie à une précision limitée à des moments appropriés aura un impact majeur dans un scénario où le charge de calcul est forte. Lorsque ce nouveau cadre a été installé sur un système de communication à entrées multiples et sorties multiples (Long Term Evolution (LTE) développé par le projet 3GPP («Third Generation Partnership Project»), il a permis de réaliser une réduction de 40 % de la consommation d'énergie comparé aux algorithmes originaux.

Bien que le concept soit simple, il en est tout autrement de sa mise en place, sachant la complexité des systèmes auxquels il s'applique. Prenant acte de ce problème, l'équipe a développé trois approches permettant une plus grande automatisation du processus de conception et ainsi minimiser sa complexité.

Les représentations numériques du monde sont maintenant devenues la norme grâce aux calculs réalisés rapidement et de manière routinière par les équipements de traitement numérique du signal et les ordinateurs. Les partenaires du projet OPPORTUNISTIC-DSP ont réalisé d'importants progrès dans le domaine des algorithmes et des techniques qui permettent une réduction intelligente de la précision grâce à des approximations opportunistes. Ils ont montré que ces techniques pouvaient réduire considérablement la consommation d'énergie et ce, de manière plus efficace que toutes les optimisations classiques tout en conservant la fonctionnalité du système. Le traitement opportuniste du signal pourrait devenir une solution majeure pour réduire la charge de calcul en diminuant la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre associées.