Dzięki naukowcom ze Stanford University komputery będą bardziej energooszczędne
Naukowcy ze Stanford University opracowali innowacyjną metodę, która pozwala dokładnie mierzyć, jak energia jest tracona w bardzo małych i złożonych układach fizycznych. Choć brzmi to abstrakcyjnie, znaczenie tego osiągnięcia jest bardzo praktyczne, lepsze zrozumienie, gdzie i w jaki sposób energia „ucieka”, może w przyszłości przełożyć się na szybsze, stabilniejsze i znacznie bardziej energooszczędne komputery oraz urządzenia elektroniczne.
Współczesne technologie przetwarzania informacji działają w warunkach ciągłego przepływu energii. Oznacza to, że nigdy nie osiągają pełnej równowagi fizycznej, a ich działaniu zawsze towarzyszą straty energii. Do tej pory niezwykle trudno było je dokładnie zmierzyć, szczególnie w skali nano, gdzie zachowanie materii zaczyna podlegać prawom fizyki kwantowej. Brak takich pomiarów ograniczał możliwości realnego zwiększania wydajności urządzeń.
Nowa technika łączy eksperymenty laboratoryjne, materiałoznawstwo, chemię oraz uczenie maszynowe. Badacze wykorzystali nanokryształy zwane kropkami kwantowymi, których właściwości świetlne pozwalają śledzić procesy zachodzące w bardzo krótkich skalach czasu i na poziomie pojedynczych cząstek. Dzięki temu możliwe stało się określenie produkcji entropii, czyli wielkości opisującej, ile energii jest bezpowrotnie tracone podczas działania systemu oraz jakie są koszty przetwarzania informacji.
Projektanci mogą tworzyć od nowa urządzenia
Znaczenie tych badań polega na tym, że po raz pierwszy udało się połączyć teorię z rzeczywistym pomiarem w układach tak małych i dynamicznych. Dotychczas wiele modeli dotyczących efektywności energetycznej istniało głównie na poziomie obliczeń teoretycznych, ponieważ eksperymenty były zbyt trudne do przeprowadzenia. Nowe podejście zmniejsza tę lukę i pozwala sprawdzić, jakie są rzeczywiste ograniczenia szybkości i wydajności urządzeń.
W praktyce może to pomóc projektantom elektroniki lepiej zrozumieć, które procesy powodują największe straty energii i jak je ograniczyć. Ma to szczególne znaczenie w czasie, gdy rosnące zapotrzebowanie na moc obliczeniową zwiększa zużycie energii przez centra danych, komputery i urządzenia mobilne. Dokładniejsze pomiary pozwalają szukać rozwiązań, które jednocześnie zwiększają wydajność i zmniejszają zapotrzebowanie na energię.
Badania mają także szersze znaczenie naukowe. Wiele zjawisk w przyrodzie od procesów biologicznych po zachowanie materiałów, zachodzi w warunkach nierównowagi energetycznej. Opracowana metoda może więc znaleźć zastosowanie nie tylko w elektronice, ale również w projektowaniu nowych materiałów czy analizie złożonych systemów fizycznych.
Naukowcy podkreślają, że to dopiero początek drogi. Jednak już teraz ich praca tworzy podstawy do projektowania technologii, które będą działały szybciej, stabilniej i przy mniejszym zużyciu energii. W dłuższej perspektywie może to wpłynąć zarówno na rozwój komputerów przyszłości, jak i na ograniczenie kosztów energetycznych nowoczesnych technologii.
Źródło: Stanford University
Czytaj też: Polscy naukowcy pracują nad innowacyjnym ekobiotykiem w kapsułkach
Grafika tytułowa: Christin Hume / Unsplash
