Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли совершили прорыв в области энергоэффективных вычислений, впервые продемонстрировав, что магнитные чипы могут работать на самом низком фундаментальном уровне рассеивания энергии, который возможен по закону термодинамика.
Полученные результаты были опубликованы в рецензируемом журнале Science Advances и указывают на то, что может быть достигнуто резкое снижение энергопотребления, примерно миллионной доли мощности на операцию, которую потребляют транзисторы в современных компьютерах.
Это может быть очень полезно для мобильных устройств, где мощные процессоры сокращают время работы от батареи. Когда дело доходит до крупномасштабных вычислений, это может изменить правила игры для облачных центров обработки данных, число которых увеличивается и потребляет все большую долю энергосистемы.
Ведущий автор Джеффри Бокор, профессор электротехники и компьютерных наук в Калифорнийском университете в Беркли и научный сотрудник Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, сказал: «Мы хотели знать, насколько малы мы можем уменьшить количество энергии, необходимой для вычислений. Самая большая проблема в проектировании компьютеров и, фактически, всех наших электронных продуктов сегодня – это снижение энергопотребления ».
Этот акцент на снижение энергопотребления является недавним изменением в производстве микросхем, которое ранее было направлено на увеличение количества и мощности транзисторов, которые могли бы поместиться на микросхеме. По словам Бокора, благодаря ускорению транзисторов энергопотребление превысило потолок до такой степени, что микросхемы будут перегреваться после перегрева.
Обычные транзисторы полагаются на движение электронов для переключения между 0 и 1 с. Из-за электрического сопротивления требуется достаточно критическое количество энергии для обеспечения различимости сигнала между двумя состояниями, что приводит к образованию избыточного тепла.
Многообещающий кандидат появился в форме магнитных вычислений, где магнитные биты могут различаться в зависимости от их направления и требуют одинакового количества энергии для магнита, указывающего влево или вправо. Бокор сказал: «Это два равных энергетических состояния, поэтому мы не выбрасываем энергию, создавая высокую и низкую энергию». Он сотрудничал с докторантом UC Berkeley Jeongmin Hong вместе с аспирантом UC Berkeley Брайаном Лэмбсоном и Scott Dhuey в лаборатории молекулярной литейной лаборатории Berkeley.
Наконец, команда определила, что для переворота магнитного бита при комнатной температуре потребовалось всего 15 вольт милли-электронной энергии. Это эквивалентно 3 диодам, и поэтому этот эксперимент успешно продемонстрировал предел Ландауэра.
Авторы заявили в документе: «Важность этого результата заключается в том, что современные компьютеры далеки от фундаментального предела и что в будущем возможно резкое сокращение потребления энергии».
