Fremtiden for ekstremt energieffektive kredsløb

Datacentre behandler data og distribuerer resultaterne med forbløffende hastigheder, og sådanne robuste systemer kræver en betydelig mængde energi - så meget energi, faktisk, at informationskommunikationsteknologi forventes at tegne sig for 20 % af det samlede energiforbrug i USA i 2020.

For at besvare dette krav, et team af forskere fra Japan og USA har udviklet en ramme for at reducere energiforbruget og samtidig forbedre effektiviteten. De offentliggjorde deres resultater den 19. juli i Videnskabelige rapporter , -en Natur tidsskrift.

"Den betydelige mængde energiforbrug er blevet et kritisk problem i det moderne samfund, " sagde Olivia Chen, korresponderende forfatter til papiret og assisterende professor i Institute of Advanced Sciences ved Yokohama National University. "Der er et presserende behov for ekstremt energieffektive computerteknologier."

Forskerholdet brugte en digital logikproces kaldet Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). Tanken bag logikken er, at jævnstrøm skal erstattes med vekselstrøm. Vekselstrømmen fungerer både som ursignal og strømforsyning - når strømmen skifter retning, det signalerer næste tidsfase for beregning.

Logikken, ifølge Chen, kunne forbedre konventionelle kommunikationsteknologier med aktuelt tilgængelige fremstillingsprocesser.

"Imidlertid, der mangler en systematisk, automatisk synteseramme til at oversætte fra logikbeskrivelse på højt niveau til Adiabatic Quantum-Flux-Parametron-kredsløbsnetlistestrukturer, " sagde Chen, med henvisning til de enkelte processorer i kredsløbet. "I denne avis, vi mindsker dette hul ved at præsentere et automatisk flow. Vi demonstrerer også, at AQFP kan opnå en reduktion i energiforbruget med flere størrelsesordener sammenlignet med traditionelle teknologier."

Forskerne foreslog en top-down-ramme til beregning af beslutninger, der også kan analysere dens egen præstation. At gøre dette, de brugte logisk syntese, en proces, hvorved de styrer passagen af ​​information gennem logiske porte i behandlingsenheden. Logiske porte kan tage en lille smule information ind og udsende et ja eller nej svar. Svaret kan udløse andre porte til at reagere og flytte processen fremad, eller stoppe det helt.

Med dette grundlag, forskerne udviklede en beregningslogik, der tager den høje forståelse af behandling og hvor meget energi et system bruger og spreder, og beskriver det som et optimeret kort for hver gate i kredsløbsmodellen. Fra dette, Chen og forskerholdet kan balancere estimeringen af ​​den nødvendige kraft til at behandle gennem systemet og den energi, som systemet spreder.

Ifølge Chen, denne tilgang kompenserer også for den køleenergi, der er nødvendig for superledende teknologier, og reducerer energitabet med to størrelsesordener.

"Disse resultater viser potentialet i AQFP-teknologi og applikationer til storskala, højtydende og energieffektive beregninger, " sagde Chen.

Ultimativt, forskerne planlægger at udvikle et fuldt automatiseret rammeværk for at generere det mest effektive AQFP-kredsløbslayout.

"Synteseresultaterne af AQFP-kredsløb er meget lovende med hensyn til energieffektiv og højtydende databehandling, " sagde Chen. "Med den fremtidige fremskridt og modenhed af AQFP-fremstillingsteknologi, vi forventer bredere applikationer lige fra rumapplikationer til storskala computerfaciliteter såsom datacentre."