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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Green AI em visão computacional: uma análise de eficiência energética e pegada de carbono no treinamento de modelos de deep learning
Other Titles: Green AI in computer vision: an analysis of energy efficiency and carbon footprint in deep learning model training
metadata.dc.creator: Costa Júnior, Gilmar Jóia de Figueiredo
metadata.dc.contributor.advisor1: Carvalho, Moisés Gomes de
metadata.dc.contributor.referee1: Oliveira, David Braga Fernandes de
metadata.dc.description.resumo: O crescimento do aprendizado profundo impulsionou avanços significativos em visão computacional, mas intensificou as preocupações com o consumo energético e as emis- sões de CO2 associados ao treinamento de redes neurais complexas. A prática comum de estender o tempo de processamento por meio do escalamento simples de épocas de treinamento frequentemente resulta em retornos decrescentes de acurácia preditiva e em desperdício de recursos. Este trabalho investiga a viabilidade de obter ganhos de acurácia de forma energeticamente sustentável, aplicando os princípios de inteligência artificial verde, a chamada Green AI. Conduziu-se um experimento controlado utili- zando o conjunto de dados Fashion-MNIST para treinar três arquiteturas distintas: uma rede neural convolucional personalizada (CNN), um detector de objetos You Only Look Once (YOLO26) adaptado para classificação e um Vision Transformer do tipo DeiT-Tiny (ViT DeiT-Tiny). O consumo energético total e a pegada de carbono correspondente foram monitorados em tempo real por meio da biblioteca CodeCarbon. O protocolo ex- perimental comparou o escalamento puro de épocas (10, 20 e 30 épocas) sob parâmetros padrão com rodadas de hiperparâmetros otimizados, que incluíram regularização por dropout, suavização de rótulos (label smoothing), otimizador adaptativo AdamW e data augmentation. Os resultados demonstraram que o aumento no número de épocas com configurações padrão é altamente ineficiente. No caso da rede convolucional treinada por 30 épocas sob a configuração padrão, as emissões de carbono aumentaram em mais de mil por cento (1.041%), elevando-se de 0, 398 g para 4, 541 g, enquanto a acurácia de teste declinou de 93, 44% para 93, 24% devido ao sobreajuste severo. Em contrapartida, a otimização de hiperparâmetros permitiu que os modelos generalizassem com efici- ência. Sob o mesmo orçamento de 30 épocas, a versão otimizada do YOLO26 obteve um aumento absoluto 1, 61% na acurácia top-um atingindo 91, 74% contra 90, 13% da versão padrão), reduzindo simultaneamente as emissões de carbono 48, 0% (de 7, 411 g para 3, 855 g) e o tempo de treinamento em 46, 7% (de 206, 06 minutos para 109, 79 minutos) em relação à sua respectiva versão padrão. Adicionalmente, verificou-se que a aplicação de hiperparâmetros calibrados em orçamentos curtos de treinamento atua como o principal vetor de eficiência, permitindo ao Vision Transformer obter ganhos de desempenho preditivo (atingindo acurácia de 95, 08% contra 94, 97% do padrão) com redução de 16, 0% nas emissões totais (de 10, 157 g para 8, 527 g). Conclui-se que a calibração rigorosa dos hiperparâmetros e a introdução de regularizações são indispen- sáveis para garantir a escalabilidade ambiental do aprendizado de máquina, provando que a acurácia e a sustentabilidade podem ser otimizadas de forma conjunta.
Abstract: The growth of deep learning has driven significant advances in computer vision but has also intensified concerns regarding the energy consumption and CO2 emissions associated with training complex neural networks. The common practice of extending processing time through the simple scaling of training epochs often results in diminishing returns in predictive accuracy and a waste of resources. This work investigates the feasibility of achieving accuracy gains in an energy-sustainable manner by applying the principles of Green AI. A controlled experiment was conducted using the Fashion-MNIST dataset to train three distinct architectures: a custom convolutional neural network (CNN), a You Only Look Once (YOLO26) object detector adapted for classification, and a DeiT-Tiny Vision Transformer (ViT DeiT-Tiny). Total energy consumption and the corresponding carbon footprint were monitored in real time using the CodeCarbon library. The experimental protocol compared simple epoch scaling (10, 20, and 30 epochs) using standard parameters against runs with optimized hyperparameters—including dropout regularization, label smoothing, the AdamW adaptive optimizer, and data augmentation. The results demonstrated that increasing the number of epochs under standard configurations is highly inefficient. For the convolutional network trained for 30 epochs with the standard configuration, carbon emissions rose by over one thousand percent (1.041%), increasing from 0, 398 g to 4, 541 g, while test accuracy declined from 93, 44% to 93, 24% due to severe overfitting. Conversely, hyperparameter optimization enabled the models to generalize efficiently. Within the same 30-epoch budget, the optimized version of YOLO26 achieved an absolute increase of 1, 61% in top-1 accuracy (reaching 91, 74% versus 90, 13% for the standard version), while simultaneously reducing carbon emissions by 48, 0% (from 7, 411 g to 3, 855 g) and training time by 46.7% (from 206, 06 minutes to 109, 79 minutes) compared to its standard counterpart. Additionally, it was found that applying calibrated hyperparameters within short training budgets acts as a key driver of efficiency, allowing the Vision Transformer to achieve predictive performance gains (reaching 95, 08% accuracy versus 94, 97% for the standard model) alongside a 16, 0% reduction in total emissions (from 10, 157 g to 8, 527 g). It is concluded that rigorous hyperparameter calibration and the introduction of regularization techniques are essential for ensuring the environmental scalability of machine learning, demonstrating that accuracy and sustainability can be optimized concurrently.
Keywords: Green AI
Visão computacional
Eficiência energética
Pegada de carbono
Otimização de hiperparâmetros
Computer vision
Energy efficiency
Carbon footprint
Hyperparameter optimization
metadata.dc.subject.cnpq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: CIENCIA DA COMPUTACAO: METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO: ENGENHARIA DE SOFTWARE
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher.department: ICOMP - Instituto de Computação
metadata.dc.publisher.course: Engenharia de Software - Bacharelado - Manaus
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/10029
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