Datacenters verwerken gegevens en verspreiden de resultaten met verbazingwekkende snelheden, en zulke robuuste systemen vereisen een aanzienlijke hoeveelheid energie - zoveel energie, in feite, dat informatiecommunicatietechnologie tegen 2020 naar verwachting 20% ​​van het totale energieverbruik in de Verenigde Staten zal uitmaken.

Om aan deze vraag te voldoen, een team van onderzoekers uit Japan en de Verenigde Staten heeft een raamwerk ontwikkeld om het energieverbruik te verminderen en tegelijkertijd de efficiëntie te verbeteren. Ze publiceerden hun resultaten op 19 juli in Wetenschappelijke rapporten , een Natuur logboek.

"De aanzienlijke hoeveelheid energieverbruik is een kritiek probleem geworden in de moderne samenleving, " zei Olivia Chen, corresponderende auteur van het artikel en assistent-professor aan het Institute of Advanced Sciences aan de Yokohama National University. "Er is dringend behoefte aan extreem energiezuinige computertechnologieën."

Het onderzoeksteam gebruikte een digitaal logisch proces genaamd Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). Het idee achter de logica is dat gelijkstroom vervangen moet worden door wisselstroom. De wisselstroom fungeert als zowel het kloksignaal als de voeding - aangezien de stroom van richting verandert, het signaleert de volgende tijdfase voor computergebruik.

De logica, volgens Chen, conventionele communicatietechnologieën kunnen verbeteren met de momenteel beschikbare fabricageprocessen.

"Echter, er ontbreekt een systematische, automatisch syntheseraamwerk om te vertalen van logische beschrijving op hoog niveau naar Adiabatische Quantum-Flux-Parametron-circuitnetlijststructuren, "Chen zei, verwijzend naar de individuele processors binnen het circuit. "In deze krant, we verkleinen die kloof door een automatische stroom te presenteren. We tonen ook aan dat AQFP een reductie van het energieverbruik met meerdere ordes van grootte kan bereiken in vergelijking met traditionele technologieën."

De onderzoekers stelden een top-down raamwerk voor computerbeslissingen voor dat ook zijn eigen prestaties kan analyseren. Om dit te doen, ze gebruikten logische synthese, een proces waarmee ze de doorgang van informatie door logische poorten binnen de verwerkingseenheid sturen. Logische poorten kunnen een klein beetje informatie opnemen en een ja of nee antwoord geven. Het antwoord kan andere poorten activeren om te reageren en het proces vooruit te helpen, of helemaal stoppen.

Met deze grondslag, de onderzoekers ontwikkelden een rekenlogica die het hoogwaardige begrip van verwerking en hoeveel energie een systeem gebruikt en dissipeert, en beschrijft het als een geoptimaliseerde kaart voor elke poort binnen het circuitmodel. Van dit, Chen en het onderzoeksteam kunnen de schatting van het vermogen dat nodig is om door het systeem te verwerken en de energie die het systeem dissipeert in evenwicht brengen.

Volgens Chen, deze benadering compenseert ook de koelenergie die nodig is voor supergeleidende technologieën en vermindert de energiedissipatie met twee ordes van grootte.

"Deze resultaten demonstreren het potentieel van AQFP-technologie en toepassingen voor grootschalige, krachtige en energiezuinige berekeningen, ' zei Chen.

uiteindelijk, de onderzoekers zijn van plan een volledig geautomatiseerd raamwerk te ontwikkelen om de meest efficiënte AQFP-circuitlay-out te genereren.

"De syntheseresultaten van AQFP-circuits zijn veelbelovend in termen van energiezuinige en krachtige computers, "Zei Chen. "Met de toekomstige vooruitgang en volwassenheid van AQFP-fabricagetechnologie, we anticiperen op bredere toepassingen, variërend van ruimtevaarttoepassingen tot grootschalige computerfaciliteiten zoals datacenters."