You should also study my Press Release (in German language):

Dringendste Aufgabe der Europäischen Union







Goals of Drastically Efficient Climate Protection Research

The EU should offer sustainably extensive Research Funding

Towards a Climate-neutral World


Ziele Durchgreifend Effizienter Klimaschutz-Forschung

Die EU sollte umfassende Forschungs-Förderung anbieten

Für eine Klima-neutrale Welt


Reiner Hartenstein, TUKL und KIT, last update: June 6, 2019

(The following paper is bilingual: English and German)


Der größte CO2-Emissions-Verursacher wird verschwiegen. Es ist der Stromverbrauch weltweit miteinander vernetzter Computer wie Daten-Stationen des Internet und andere Big Data Server-Stationen. Die hierdurch verursachte CO2-Emission ist wesentlich höher als die gesamten Emissionen des weltweiten Flugverkehrs zus. mit der weltweiten Schiffahrt. Diverse Prognosen warnen vor einem weiteren starken Wachstum dieses Stromverbrauchs. Weder bei Klima-Konferenzen noch in der Politik ist dies wirklich ein Thema. Dies ist eine unglaubliche Fehlentwicklung !!! [11]

The largest producer of CO2-emission remains undiscussed. It is the energy consumption of world-wide networks of computer systems like internet data stations and other big data server installations. The CO2-Emissions here are massively higher than that created by world-wide air traffic with world-wide shipping traffic. Various warnings predict massive further growth of this energy consumption. Neither at climate conferences nor in politics this is really a topic area. An incredible mistake !!! [11]

Die Politik ignoriert den allerhöchsten CO2-Ausstoß !!! Dieser
wird verursacht durch den Stromverbrauch von Computern weltweit, wie z.B. Datenstationen des Internet und andere Big Data Server-Farmen [12]. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung ist hiermit vernetzt. Das Internet ist 30 Jahre alt und wächst weiter. Eine Prognose rechnet mit dessen Verdoppelung bis Ende des Jahrhunderts. Also muß hier mit einem dramatischen weiteren Wachstum des CO2-Ausstoß gerechnet werden.

Politics Ignores the by far Highest CO2 Emission !!! This is caused by the electricity consumption of computers world-wide, like data stations of the internet and other big data server farms [12]. More than 50% of the world population is connected to it. The internet is 30 years old and is still growing. Doubling til the end of this century has been predicted. Therefore a dramatical further growth of CO2 emission must be expected.

Die extreme Ineffizienz des mehr als 70 Jahre alten immer noch dominanten Computer-Konzepts wird "von Neumann syndrome" genannt. Bereits im Jahre 2007 habe ich davor gewarnt, daß wegen viel zu hohem Energieverbrauch unsere gesamten weltweiten Computer-basierten Infrastrukturen unbezahlbar werden [13]. Dieser sehr hohe Verbrauch dieser Stromverschwender Computer kann um mehrere Größenordnungen gesenkt werden durch Migration auf Xputer durch sogenannte FPGAs. (Tarek El-Ghazawi's Projekt teilte den Stromverbrauch durch 4.800 !). Seit vielen Jahren gibt es Mikroprozessoren mit FPGA auf dem gleichen Mikrochip! Aber den Vertriebs-Erfolg der FPGA-Anbieter können wir vergessen, da dieser um Größenordnungen zu langsam ist um das Klima-Problem zu bekämpfen. Es muß dringend eine viel schnellere Organisations-Methode entwickelt werden. Einst tabuisiert [14], werden FPGAs von den Medien total verschwiegen [15, 16], sodaß unsere Politiker keinerlei Ahnung davon haben, wie so etwas funktioniert. Wir brauchen deshalb dringend eine Tutorial-Konferenz zur Einführung von Journalisten.

Processor and FPGA are available on the same Microchip:

SCHAFFT_SICH_AB

The extreme inefficiency of the more than 70 decades old Computer concept is called "von Neumann syndrome". A more recent example from Machine Learning in Artificial Intelligence: Training a single AI model can emit as much carbon as five cars in their lifetimes. Already in 2007 I warned, that because of high energy consumption our computer-based infrastructures become unaffordable without reinventing the entire computing discipline [13]. Their energy consumption can be reduced by several orders of magnitude by migration to Xputer use with FPGAs. E.g. Tarek El-Ghazawi divided the electricity bill by 4.800 ! Years ago came microprocessors with FPGA on the same microchip! However, we can forget the distribution success of FPGA vendors, since this is by several orders of magnitude too slow for fighting against the climate desaster problem. We must develop a very much faster organization method! However, once having been a taboo subject [14], FPGAs are totally hidden by mass media, so that politicians don't have the slightest idea, what that is. We urgently also need a tutorial for journalists. [15, 16]..

SCHAFFT_SICH_AB

This Naomi Klein book in English language: click here

Urban Climate Desaster: More extreme heat events, hotter summer nights, reduced rainfall but greater intensity rainfall events concern city dwellers' health and urban infrastructure (water supply etc.). Regions of Queensland had within few days more rainfall than like an entire year: highest rainfall reported for hundred years [10] [11]. Siehe auch Planet Schule die Erde.

Das Schneechaos in Bayern, der Schweiz, und Österreich ist ein sehr deutliches Signal der Klimakata-strophe. Nach viel zu heißen und für unsere Breiten zu trockenen Som-mern, schneite es in weiten Teilen Österreichs, Bayerns u. der Schweiz nonstop[10,11]. Klimaforscher halten es für sehr wahrscheinlich, dass derartige Wetterereignisse u. Ström-ungen künftig häufiger auftreten.

5 Meter Schnee

The Snow Chaos in Bavaria, Switzerland and Austria is a very clear signal of the climatic catastrophe. After summers much too hot and much too dry for our latitudes it has been snowing nonstop in major parts of Austria, Bavaria & Switzerland [60, 61]. Climatologists think it's very likely that such extreme weather events will appear more often in the future.

SCHAFFT_SICH_AB

1,9 Milliarden Menschen werden verdursten? Lt. Internationalem Zentrum für Integrierte Gebirgsentwicklung (ICIMOD) schmelzen in weniger als einem Jahrhundert die Gletscher des Himalaya. Dadurch werde die Wasserversorgung für 1,9 Milliarden Menschen vernichtet.

1.9 Billion People Will Die of Thirst? The International Center for Integrated Mountain Development (ICIMOD) located in Nepal informs us, that all the glaciers of the Himalaya will melt away within less than a century. This will destroy the water supply for 1.9 billion people.

NAOMI KLEIN, USA

Soon we cannot afford such high electricity consumption anyhow! IEA pushes the alarm button and urgently warns us about a coming dramatic shortage of global oil reserves from oil-exporting countries. For many years there have been hardly found any new wells. Til 2025 the oil production will at least about be halved [17]. We are forced to massively reduce the energy consumption of computers by FPGA use!

Diesen hohen Stromverbrauch können wir uns sowieso bald nicht mehr leisten !!! Die Menschheit hat beim Ölverbrauch eine historische Marke erreicht. Die Internationale Energieagentur IEA drückt die Alarmtaste und warnt vor einer dramatischen Unterversorgung mit globalen Erdölreserven. Seit Jahren gibt es kaum noch Neufunde von Ölquellen. Bis 2025 werde die Erdölförderung etwa halbiert [17]. Wir sind gezwungen, den Energieverbrauch von Computern drastisch zu senken!

Goals of the European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) worsen the climatic catastrophe Europe consumes about 29% of HPC resources worldwide today, but the EU industry provides only ~5% of such resources. The EU response to the above is to invest in an ambitious supercomputing infrastructure strategy [title="]. The EU’s ambition is to become one of the world leaders in super-computing. Their imbelievable proposal reveals, that they obviously do not know anything about massive energy wasting by the von Neumann syndrome - main reason of the world-wide climate desaster. EuroHPC JU planning must urgently be changed over to twin paradigm computing methodology: by several orders of magnitude more energy-efficient.

SCHAFFT_SICH_AB

Ziele des European High Performance Computing Joint Un-dertaking (EuroHPC JU) verschlimmern Klimakatastrophe Europa nutzt etwa 29% der weltweiten HPC-Anlagen. Aber die Industrie in der EU liefert nur etwa 5% davon. Die EU reagiert darauf mit einer extrem ehrgeizigen Supercomputer-Infrastruktur-Strategie [18]. Erklärtes Ziel der EU ist es, eine weltweit führende Region im Supercomputing zu werden. Der unglaubliche Projektvorschlag enthüllt, daß man offenbar die massive Energieverschwendung lt. von Neumann-Syndrome nicht kennt: bei Weitem wichtigste Ursache der weltweiten Klimakatastrophe. Die EuroHPC JU Planung muß dringend geändert werden in die um Größen-ordnungen Energie-effizientere "twin paradigm computing"-Methodologie.

FPGAs: xtremely important to combat the climate desaster: can reduce CO2 emission by several orders of magnitude. FPGA use is extremely important to fight against the climate desaster [19]. Already decades ago hundreds of projects demonstrated speed-ups by up to more than 4 orders of magnitude and energy saving by more than 3 orders of magnitude [20] by software to configware migration. In February 2019 googling "FPGA" yields "About 40,900,000 results".

FPGAs: extrem wichtig z. Bekämpfung der Klimakatastrophe k' CO2-Emission um mehrere Größenordnungen reduzieren. FPGA Anwendung ist extrem wichtig zum erfolgreichen Kampf gegen die Klimakatastrophe [19]. Bereits vor Jahrzehnten demonstrierten Hunderte von Projekten Speed-up-Faktoren bis zu mehr als 4 Größenordnungen und Stromverbrauchs-Reduktion um bis zu mehr als als 3 Größenordnungen [20] durch "twin paradigm" Software zu Configware Migration. Googling ergab im Februar 2019: "FPGA" yields "About 40,900,000 results".

EEJOURNAL

FPGA use requires a "Twin Paradigm" environment. Two processor paradigms tightly connec-ted: von Neumann Computer (w. single instruction counter) & Xputer (with FPGA & many data counters).

FPGA-Gebrauch erfordert 'ne "Twin Paradigm" Umgebung. Hierbei werden zwei verschiedene Prozessor-Paradigmen miteinander sehr eng verknüpft: von-Neumann-Computer (hat einen einzigen Befehlszähler) und Xputer (haben FPGAs u. sehr viele "Datenzähler").



Twin Paradigm

Twin Paradigm Environment

FPGAs Achilles’ heel was the long development time: Very bad low level HDLs (VHDL/Verilog) are still dominant [21, 22]. Development with VHDL is expensive. The FPGA use at Internet Data Stations und other Big Data Servers is organized by software people which are not qualified since acceleration by FPGAs is a "twin paradigm" method [23, 24], not supported by software engineering curricula (being only single-paradigm). Another massive problem is the software crisis [25, 26, 27, 28]. Googling "the software crisis" yielded "about 310.000.000 results [29].

Achilles-Ferse der FPGAs war die lange Entwicklungszeit: HDLs (Hardware-Beschreibungs-Sprachen) niedriger Abstraktionsebenen (VHDL/Verilog) sind leider noch immer dominant [21, 22]. Entwicklungen mit VHDL sind extrem kostspielig. Die FPGA-Anwendung in Internet-Datenstationen und anderen Big Data Servern wird organisiert durch Software-Leute die hierfür nicht qualifiziert sind weil die Akzeleration durch FPGAs eine "twin paradigm"-Methode ist [23, 24], die nicht unterstützt wird durch Software-Engineering-Kurrikula (sind nur "single-paradigm"). Ein anderes massives Problem ist die Software-Krise [25, 26, 27, 28]. Googeln "the software crisis" ergab "about 310.000.000 results" [29].

VERTRIEBENE

We need a Mega Project of research and development !!!
This should deal not only with: ⯈1.) the FPGA application in internet data stations and Big Data servers. Because of mutual dependencies of these methods this Mega Project must simultaneously follow two more goals:   ⯈2.) the extension of FPGA application completely ignoring "Software Engineering Curricula" into "Twin Paradigm programming curricula", and ⯈3.) a well structured didactically optimal description of processes running on internet and big data servers with a very high electricity consumption.   ⯈4.) In case of a huge diversity of system components and structures we should strive for standardization. ⯈5.) ASIC application promizes a very much higher energy saving than is possible by FPGAs application. But this would require microchip designs. Their useful applicability should be investigated here. Optimal would be here the combination of both ressources: FPGA and ASIC [30]. ⯈6.) Because of the expected enormous size and complexity of the project it should be organized at EU level.

Es fehlt ein Mega-Forschungs- und Entwicklungs-Projekt !!!
Dies sollte behandeln: ⯈1.) FPGA-Anwendung in Internet-Datenstationen und anderen Big Data Servern. Wegen der gegenseitigen Abhängigkeit dieser beiden Methoden muß das Mega Project gleichzeitig zwei weitere Ziele verfolgen: ⯈2.) eine FPGA-Anwendung verhindernde sehr einseitige "Software-Engineering-Kurrikula" unwandeln in "Twin-Paradigm-Program-mierungs-Kurrikula", and ⯈3.) eine didaktisch wohl strukturierte optimale Beschreibung der auf solchen Servern laufenden Prozesse. ⯈4.) Bei einer allzu großen Mannigfaltigkeit der System-Komponenten sollte evtl. eine Standardisierung angestrebt werden. ⯈5.) Eine ASIC-Anwendung verspricht eine viel höhere Energie-Ersparnis als durch FPGAs erreichbar ist. Deren eventuelle Anwendbarkeit sollte hier untersucht werden. Optimal wäre hierbei die Kombination der beiden Methoden: FPGA und ASIC [30]. Allerdings wäre hier die Durchführung von Mikrochip-Entwurf notwendig. ⯈6.) Wegen der hier insgesamt zu erwartenden enormen Größe und Komplexität des Projekts sollte dies über die EU organisiert werden.

VERTRIEBENE

All Plug-in units must be re-designed. How many different plugin types are needed? Can it be reduced? Can we create a standard? Finally the number of plug-ins and their size will be reduced by many orders of magnitude.

Alle Einschübe müssen re-implementiert werden. Wieviele verschiedene Einschub-Typen sind nötig? Kann deren Anzahl reduziert u. standardisiert werden? Schließlich wird die Größe und die benötigte Stückzahl von Einschüben um viele Größenordnungen reduziert.




Teraco Design Center
(Teraco Data Center Cape Town)

Huge Amounts of Literature must be checked !!! This also helps to explain, why a maga size project is needed. Please, look to following table. Also thousands of conference series and workshop series have to FPGAs and their applications at least some relations or more [31]. Next table leads to many thousands of papers proposed by Google Scholar.
Gewaltige Mengen von Literatur sind durchzusehen !!! Dies veranschaulicht, daß ein Mega-Projekt nötig ist. Sehen Sie in folgende Tabelle. Auch Tausende von Konferenz-Serien und Workshop-Serien haben zumindest einige Bezüge zu FPGA-Anwendungen oder mehr [31]. Die darauffolgende Tabelle führt zu vielen Tausenden von Papieren.

Books proposed by Subject Number of Books
 amazon.com (Febr. 2019)  FPGA  more than 1000
 amazon.de (Febr. 2019)  German langu.: FPGA  498 books
 amazon.de (Febr. 2019)  foreign langu.: FPGA  718 books
 amazon.com (Febr. 2019)  Chinese langu.: FPGA  205 books
 amazon.com (Febr. 2019)  Reconfigurable Computing  128 books
 amazon.com (Febr. 2019)  Cloud Computing  more than 5000
 amazon.com (Febr. 2019)  Big Data  more than 6000
 amazon.com (Febr. 2019)  Data Stations  825 books

Lists of papers proposed by Google Scholar Nr. of papers*
 Software conversion to FPGA usage for energy efficiency          32.700
 FPGA usage for energy efficiency          46.000
 FPGA usage for energy efficiency of data stations          27.800
 Conversion o data stations 4 energy efficiency b FPGA use          25.900
 Energy-efficient data center design     4.730.000  
 Energy efficiency programs     4.600.000  
 Energy-efficient Big Data     2.300.000  
 The von Neumann Syndrome        324.000  
 The Software Crisis     2.230.000  
 The Twin Paradigm Approach        328.000  
                                                                                 *) end of March in 2019

VERTRIEBENE

Why a Mega-size Project is needed
We must cope with problems caused by corruption within CS. ⯈1.) FPGAs have a difficult history. Since P. Denning was its president, the ACM has completely tabooed FPGAs [32]. Heading an ACM curriculum recommend-ation task force he rejected all proposals on computing by FPGAs. Finally he was angry by complainting that he does not want to receive any more proposals about FPGAs. ⯈2.) Also programming languages are an extremely corrupt area. PASCAL disappeared and megabytes of code are translated from languages at very low abstraction levels (C, C++ and Java [33]). ⯈3.) Also hardware description languages are a very corrupt area. Cadence CEO Joe Costello said, the Adoption of VHDL was one of the biggest mistakes in the EDA history [34]. Also Kaiserslautern's successful hardware language KARL disappeared (a PASCAL dialect) [35]
.

Warum ein Mega-size Project notwendig ist
Korruption in der Entwicklung der Informatik verursachte eine Menge von Problemen. ⯈1.) FPGAs haben eine schwierige Geschichte. Seit Peter Denning dessen Präsident war, hat der ACM die FPGAs tabuisiert [32]. Als Leiter einer "ACM curriculum recommendation task force" hat er alle Vorschläge über Rechnen mit FPGAs abgelehnt. Schließlich teilte er extrem zornig mit, daß er von mir keine weiteren FPGA-Vorschläge mehr empfangen möchte. ⯈2.) Auch Programmiersprachen sind ein extrem korruptes Gebiet. PASCAL verschwand und heutige Megabytes von Code werden kompiliert von Sprachen niedrigster Abstraktionsebenen (C, C++ and Java, [33]). ⯈3.) Auch Hardware-Beschreibungs-Sprachen sind stark betroffen. Cadence CEO Joe Costello nannte die Adoption von VHDL einen schlimmsten Fehler in der EDA-Geschichte [34]. Da verschwand auch die Kaiserslauterer Hardware-Sprache KARL (PASCAL-Dialekt) [35].

VERBLENDUNG

Die EU muß umfassende Forschungs-Förderung anbieten. Towards "a climate-neutral Europe"? [36] [37] Dies ist nicht sehr hilfreich, denn die Klima-Katastrophe ist ein weltweites Problem! Die Energieverschwendung des Netzwerks von Datenstationen des Internet kann nicht separat lokal behoben werden! Die EU muß zu verhindern helfen, daß die Menschheit sich abschafft. Den Partner USA konnten wir vorerst vergessen, da Donald Trump die Klimawandel-Existenz leugnete. Wird er seine Meinung ändern angesichts extremer Minus-Temperaturen im mittleren Westen der USA? [38]     (EU-Kontakt: [39])

VERBLENDUNG

The EU should offer sustainably extensive Research Funding
Towards "a climate-neutral Europe"? [36] [37] This is not very helpful since the climate desaster is a world-wide problem! The electricity wasting by the internet server network cannot be fixed locally! Here the EU must help to prevent that mankind abolishes itself. Recently we could forget to have the USA as a possible partner since Donald Trump denied the existence of a climate change. Will he change his mind because of the extremely cold end of january in the midwest? [38] (EU contact: [39])

WANN DANN ?

"The European Processor Initiative: consortium to develop Europe's microprocessors for future supercomputers" (März 2018) [40]. Was ist das Motiv dieses Projekts? Sollen Importe von intel vermieden werden? Aber die Klimakatastrophe ist damit nicht beherrsch-bar. Diese Seiten erwähnen weder FPGAs noch andere Akzeleratoren und keine ASICs. Ist diesen Leuten das uralte von-Neumann-Syndrom völlig unbekannt? [41] [42] [43] [43] [44]. Unglaublich! Für FPGA nennt die IEEE Xplore Digital Library "40,397 documents". Ebenfalls im Februar 2019 ergibt die Google-Anfrage "FPGA" tatsächlich "About 40,900,000 results".

The European Processor Initiative: consortium to develop Europe's microprocessors for future supercomputers (March 2018) [40]. What's the motivation? Avoiding imports from intel? But it's no help against the climate crisis. These pages mention neither FPGAs nor accelerators nor ASICs. Is to these people the age-old von Neumann syn-drome completely unknown? [41] [42] [43] [44] [45]. This is imbelievable! For "FPGA" the IEEE Xplore Digital Library lists 40,397 documents. Also on February 2019 googling "FPGA" yields "About 40,900,000 results".

Code of Conduct for Energy Efficiency in Data Centers [46]. Dies ist keine Agentur zur Forschungsförderung für Energie-Effizienz. Diese Organisation bildet fast eine Art Religion zwecks Beschwörung der Betreiber von Datenzentren. Aber ich vermute sehr, daß die hohe Stromrechnung diese sehr viel besser zur Sparsamkeit motiviert. Eine CO2-Emissions-Steuer wäre wohl viel wirksamer als ein Code of Conduct.

Code of Conduct for Energy Efficiency in Data Centers [46]. This is not a funding agency for research on energy efficiency in data centers. This organization looks more like a religion to convert the people which are running the data centers. However, I guess, that their high electricity bill motivates them much better to look for energy efficiency. A CO2 emission tax would be much more effective than a code of conduct.

Der neue Elysee-Vertrag (Januar 2019) soll zwischen Paris u. Berlin die Zusammenarbeit vertiefen, auch beim Klimaschutz [47] [48] [49] [50].

The new Élysée Treaty (January 2019) is expected to improve the cooperation between Paris and Berlin, also in climate protection [47] [48] [49].

Wäre Facebook ein nützlicher Partner? Facebook CEO Mark Zuckerberg sagte, seine Firma baue in Irland eines der weltweit am meisten fortgeschrittenen und Energy-effizientesten Daten-Zentren. [51].

Would Facebok be a useful partner? Facebook CEO Mark Zuckerberg said that his company is building one of the world’s most advanced and most energy-efficient data centres in Ireland. [51].


Weitere Literatur:
Kollaps der ICT-Infrastruktur wegen unbezahlbaren Stromverbrauchs ? (2014) http://fpl.org/E/
Droht unbezahlbarer Stromverbrauch des Internet ? (2013) http://fpl.org/T/