Se busca solución a una crisis anunciada: las máquinas nos van a dejar sin energía

El número de dispositivos electrónicos que utilizamos a diario ha aumentado en los últimos años. Si hace poco nos bastaba con un pequeño móvil y un ordenador de sobremesa, hoy podemos acariciar las pantallas del ‘smartphone’, la tableta, el libro electrónico y el portátil sin que la variedad de formatos parezca algo extraordinario. A los aparatos de uso personal y profesional hay que sumar las máquinas instaladas en centros de datos, de investigación y otras instalaciones con grandes necesidades energéticas.

Si la tendencia continúa al alza, el consumo de todo este arsenal tecnológico podría superar a la producción mundial de electricidad en unos 20 años. Esta es una de las conclusiones de un reciente informe publicado por la Asociación de la Industria de Semiconductores estadounidense en colaboración con la Sociedad de Investigación en Semiconductores (SRC) y la Fundación Nacional para la Ciencia.

“Las plantas productoras de energía operan ya a su máxima capacidad. Aumentarla significa construir nuevas infraestructuras [de base fósil, nuclear o renovable]”, explica a Teknautas Victor Zhirnov, director científico de la SRC. El experto advierte: “Mientras que la producción de energía mundial ha crecido linealmente, la demanda de electricidad de los ordenadores lo ha hecho de manera exponencial”.

Los autores del estudio han estimado el consumo global de las máquinas a partir del concepto de energía por bit de operación de un sistema, un dato que depende del gasto individual de los distintos componentes. Según indica Zhimov, en un caso estándar se considera que la mínima cantidad de energía requerida por cada bit ronda los 10-14 julios. “La cifra sirve tanto para los PC como para el superordenador Watson de IBM”, aclara el responsable de la SRC. Han tenido en cuenta todo tipo de dispositivos, desde portátiles a ‘smartphones’ y superordenadores.

Además de esta tasa, han considerado como línea base el principio físico de Landauer, que establece el consumo energético mínimo teórico de un proceso informático. Teniendo en cuenta también cálculos previos sobre la capacidad de las máquinas para procesar y almacenar información en el futuro, los científicos aplicaron un modelo matemático para hacer predicciones y extrapolar los datos a un escenario próximo. Mientras que la generación de energía se mantendría más o menos constante en el tiempo, la demanda aumentaría hasta superar la producción global en 2040.

Aunque el resultado es solo una estimación, los expertos quieren que el informe −basado en el seminario ‘Reiniciando la revolución TIC’, celebrado el año pasado− sirva de aviso: “Se necesita una mejora radical de la eficiencia energética en informática”.

¿Una meta global?

Celia Merzbacher, vicepresidenta de colaboraciones innovadoras de la SRC, asegura que la eficiencia figura en la hoja de ruta de investigadores y fabricantes de electrónica. Los diseñadores de producto tienen un “presupuesto de energía” al que deben ajustarse. “Aumentar la eficiencia les permite añadir más funcionalidades o alargar la vida de la batería”, explica Merzbacher.

La reducción del consumo de los componentes, ya se trate de un pequeño sensor, un chip o un centro de datos, depende del avance en diferentes áreas, desde los materiales y el ‘hardware’ a la arquitectura de sistemas y el ‘software’. Por esta razón, “se necesita más investigación, sobre todo coordinada entre diferentes disciplinas”, afirma la estadounidense.

En el Consejo para la Defensa de los Recursos Naturales (NRDC) estadounidense han comprobado que, efectivamente, adaptar las entrañas de las máquinas puede suponer un cambio mayúsculo. En un reciente proyecto han fabricado dos ordenadores de sobremesa: uno representativo de un modelo medio actual y otro utilizando componentes para maximizar la eficiencia energética, pero sin aumentar el coste de la máquina.

“Usamos una placa base que permitía aplicar una configuración de energía avanzada”, describe Pierre Delforge, director del área de eficiencia energética en alta tecnología del NRDC. Se aseguraron de que el sistema utilizaba todos los modos de bajo consumo cada vez que podía, incluso durante los milisegundos que separan la pulsación de dos teclas. “Estas optimizaciones requieren conocimientos de informática y están fuera del alcance de la mayoría de usuarios”, sostiene. “Tienen que ser aplicadas por los fabricantes”.

Delforge y su equipo han demostrado que es posible reducir a la mitad el consumo en reposo de los ordenadores y, en consecuencia, su factura energética. “Los ordenadores de oficina pasan la mayoría del tiempo en este estado, solo en ocasiones ejecutan tareas de gran intensidad”, dice el científico. De todas formas, no existen métodos estándar para medir la energía que usan durante los periodos de alta actividad, lo que dificulta la fijación de valores límite en este periodo.

“Si nosotros hemos obtenido este resultado con recursos y tecnologías limitadas, los expertos de la industria que tienen acceso a mejores opciones podrían hacerlo mucho mejor”, afirma Delforge.

Pasos en la buena dirección

En opinión de Merzbacher, “solo cambiando el modelo actual al completo se conseguirán logros significativos en eficiencia”. Nuevas tendencias como la ingeniería neuromórfica o la informática cognitiva contribuyen a la transformación, mientras que “es poco probable que la computación cuántica solvente de alguna manera el problema energético, al menos no en un contexto global”, advierte Zhirnov.

Más allá de casos concretos, Merzbacher invita a considerar todo el panorama energético, pues “el gasto de algunas máquinas puede reducir otros tipos de consumo”. Por ejemplo, la internet de las cosas y los edificios y ciudades inteligentes mejoran la eficiencia de las construcciones (aislamiento, aparatos que se apagan y encienden según las necesidades…) y del transporte. “En regiones donde la disponibilidad de energía es limitada, estos sistemas inteligentes pueden mejorar la calidad de vida de las personas”, apunta la responsable de la SRC.

Aunque las máquinas de grandes instalaciones contribuyan en mayor medida al gasto global, la electrónica de consumo también tiene un papel importante. “Las normas pueden incentivar a los usuarios a utilizar menos energía”, dice Merzbacher. En la Unión Europea existen estándares para garantizar la eficiencia energética de los dispositivos que se venden en su territorio, así como certificados ecológicos, pero “necesitan actualizarse para incorporar las nuevas tecnologías y oportunidades de ahorro de electricidad”, dice Delforge.

Aparte de construir un prototipo, los investigadores del NRDC compararon la eficiencia de dos modelos lanzados en 2014 y adquiridos un año después: un Apple iMac y un Lenovo “equivalente”. “Encontramos que el iMac utilizaba entre la mitad y un tercio de la electricidad requerida por el Lenovo”, informa Delforge. “Algunos productos disponibles en el mercado ya aprovechan algunas de las técnicas que nosotros implementamos”.

Para un cliente resulta difícil, por no decir imposible, contrastar el consumo de diferentes ordenadores y saber qué se considera adecuado

No obstante, advierte que los dispositivos “se venden en función del precio, funcionalidades y rendimiento, y no según su eficiencia energética”. Aunque un comprador quisiera considerar diferentes opciones, le costaría lo suyo. “Para un cliente resulta difícil, por no decir imposible, contrastar el consumo de diferentes ordenadores y saber qué se considera adecuado”, advierte Delforge.

Pese a que muchos usuarios saben configurar el sistema para ahorrar energía, “pocos lo hacen”, según el responsable del NRDC. Aconseja oscurecer la pantalla y activar su apagado en desuso, así como el modo de suspensión. Pero, en última instancia, “implementar las mejores prácticas en los productos es responsabilidad de las empresas y el papel de las medidas, estándares y certificados como ENERGY STAR es crear incentivos para que lo hagan”, asegura.

Afortunadamente, y en contra de lo que apuntaba el nefasto escenario del informe de la SRC, “el gasto energético global de las máquinas está disminuyendo lentamente”, dice Delforge. El avance se debe principalmente a la popularización de los portátiles, más eficientes que los ordenadores de sobremesa que, no obstante, prevalecen todavía en muchas oficinas. “Todavía son responsables de un tercio de la electricidad consumida por estos aparatos”, sostiene el estadounidense.

Mientras las prioridades de los fabricantes sean otras, los avances continuarán siendo extremadamente lentos. “Los incentivos para las empresas son escasos y faltan estándares de eficiencia energética en muchos países”, critica Delforge. “Se necesitan mejoras mucho más rápidas que las prácticas comerciales habituales”.