Begränsningar driver utvecklingen

En smartphone får inte börja brinna i fickan och batteriet bör räcka minst en dag. Där har vi två av de begränsningar som drivit teknikutvecklingen framåt de senaste åren.

Hur kommer det sig att teknikutvecklingen bland halvledarföretagen de senaste åren varit så stenhårt fokuserad på energibesparing? Varken politiker eller miljögrupper kan ta åt sig äran, utan det handlar helt enkelt om dåliga batterier, dåliga kylmöjligheter och krav på att apparater skall gå ner i fickan.

Ökad energiförbrukning
Så vi tar en vända till om energiförbrukning i förhållande till prestanda. Någonstans i mina samlingar har jag en gammal presentation från Intel som visar hur mikroprocessorns energiförbrukning ökar med ökande klockfrekvens. En enkel extrapolering visade den gången att det skulle krävas fantastiska effekter för att klara klockfrekvenser på två eller tre GHz.

Den stora begränsningen på den tiden hette kylning. Datorerna var dyra och stationära och det ansågs acceptabelt att datorn slukade några hundra watt. Men att kyla bort mer än 100 W från en enskild komponent är jobbigt. Prognoserna pekade på ett stort antal kW för att komma upp i ett par GHz och det riskerade att stoppa utvecklingen.

Intel lyckades den gången bryta utvecklingen och man behövde i början av 2002 ”bara” kyla bort ca 75 W från en Pentium 4-processor med 2 GHz klockfrekvens. Med tiden blev processorn ännu mera energieffektiv och klarade högre frekvens vid samma värmeutveckling. Men den totala maximala effektutvecklingen från en stor stationär dator kunde ändå vara upp till 500 W.

Laptop ändrade kraven
En bärbar dator kan förstås inte klara den här typen av förlusteffekter. Batterilivslängden blir löjligt kort och de små fläktarna räcker inte alls till för att få bort värmen.

Därför blev laptopdatorn halvledarbranschens nästa stora begränsning. Användarna krävde prestanda i samma klass som stationära datorer och det var bara att ta nya tag på konstruktionsavdelningen.

Och se – det gick igen. Intel kom 2008 med sin Core i7-serie, med höga prestanda också vid låg energiförbrukning. Tekniken gjorde laptopdatorerna snabba, men användes också i stationära datorer, som då kunde krympas i storlek.

Brand i fickan
Den stora utmaningen kom ändå med den smarta mobiltelefonen. I de första versionerna accepterade användarna ganska usla datorprestanda, men den toleransen gick snabbt över. En apparat av den här typen gör det intressant att köra extremt krävande tillämpningar (t ex video) och telefonernas begränsade prestanda avslöjades snart.

Så det var bara att stå på i laboratorierna. Nya ARM-kärnor togs fram och ständigt nya applikationsprocessorer fick fler, bredare och energieffektivare processorkärnor. Efter hand lyckades till och med Intel få fram tillräckligt snåla processorer, även om Intel hittills inte haft mycket att säga till om på smartphoneområdet.

En smartphone har flera intressanta begränsningar och ett par av dem är väldigt svåra att komma runt. Batterilivslängd och batteristorlek är förstås två av dem, men viktigast av allt är nog ändå att det inte börjar brinna i fickan. Det är svårt att hitta en sämre miljö för att kyla elektronik.

Snabba och halvtunna klienter
Och här står vi nu, med en uppsjö av billiga och strömsnåla datorkomponenter. Det säljs fortfarande stora och energikrävande stationära datorer, men utvecklingen håller på att springa ifrån dem. Prestandaökningen sker idag med fler och bredare processorkärnor och mjukvaruutvecklarna verkar äntligen ha förstått vartåt det lutar.

Dessutom ser vi en ökad fokus på molntjänster, där mycket av arbetet görs på någon av de många serveranläggningar som byggs överallt (t ex i Luleå). Genom att anlita en molntjänst kan företag skära bort mycket av sin egen dyrbara systemhantering och samtidigt nå ökad flexibilitet.

Rimligen innebär det att framtidens bärbara och stationära datorer i väldigt hög utsträckning baseras på teknik från smarta telefoner och läsplattor. Kopplade mot molntjänster kan de kallas tunna eller halvtunna klienter. Och centralenheterna blir strömsnåla och små (även om bildskärmarna snarare lär växa).

Undvik återanvändning
Från delar av miljörörelsen kommer med jämna mellanrum krav på längre produktlivslängd och reparation i stället för utbyte av elektronik. Det skulle, anser man, minska miljöpåverkan och energiförbrukningen.

Frågan är möjligen var de här uttolkarna av verkligheten har hållit hus de senaste åren. På inget annat område har vi sett en så snabb minskning av energiförbrukning och minskning av mängd använt material. Att byta ut en några år gammal dator mot en ny är en positiv miljöåtgärd av stora mått. För varje ny generation minskar dessutom både skrotmängden och energiförbrukningen.

Över huvud taget är det kanske dags att tänka om när det gäller återanvändning och utbyte. Elektroniska konsumentapparater innehåller allt färre rörliga delar och integrationen gör att det mesta får plats på ett kort. Det är ofta meningslöst (och dyrt) att bygga konstruktionen på ett sådant sätt att det går att reparera. Då är det bättre att köra prylarna till återvinning och köpa nytt.

Det här kanske låter som en hyllning till slit- och slängsamhället, men det är en jäkla skillnad mellan ett gammalt fönster och en gammal mobiltelefon. I ena fallet finns det all anledning att skrapa, olja, kitta och måla med linoljefärg. I andra fallet är det bättre att ta en tur till återvinningscentralen.

One Response to “Begränsningar driver utvecklingen”

  1. Hej Göte
    Följer med intresse Dina artiklar om bl.a. energi.
    Med anledning av ovanstående artikel vill jag lägga till ett litet bidrag.
    För ett tag sedan la min batteridrivna rakapparat( Li-jon) av efter ca två års
    användning pga. batteriet.Eftersom det är special var det bara att slänga hela
    apparaten.Som nödlösning tog jag fram min Philip Shave(PS) från 1970-talet som
    drivs(drevs eftersom den inte tillverkats på många år) med två AA-batterie som
    finns i minsta kiosk.Min ”moderna” maskin gick ca 5 dgr per laddning till min
    förvåning går min PS drygt 6 veckor!! på mina två NiMH gen II mellan laddningarna.
    Som bonus är det bara att köpa nya för några tior om dom lägger av.Tyvärr kommer
    väl inte Philips förse mig med reservskär vilket skulle givit maskinen i stort sett evigt
    liv motorer är ju i det närmaste outslitliga.
    Rakresultatet är inte sämre med min retro snarare bättre eftersom den är mindre,
    ungefär som ett cigarettpaket,och därmed kommer åt bättre.
    Slutsatsen blir att allt blir inte bättre med tiden ens i elektronikbranchen.
    Det skulle vara intressant att veta varför inte Philips marknadsför den igen
    dom har ju all utveckling klar,kanske något för grävande journalisten GF!!
    Leif Samuelsson