Современные компьютерные чипы генерируют много тепла и в результате потребляют большое количество энергии. Многообещающий подход к снижению этого спроса на энергию может заключаться в холоде, как подчеркивается в новой статье Perspective международной исследовательской группы под руководством Цин-Тай Чжао из исследовательского центра Jülich.
По словам исследователей, экономия может достигать 80%. Работа проводилась в сотрудничестве с профессором Йоахимом Кнохом из Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и исследователями из EPFL в Швейцарии, TSMC и Национального университета Ян Мин Цзяотун (NYCU) в Тайване, а также Токийского университета.
В статье, опубликованной в Nature Reviews Electrical Engineering , авторы описывают, как традиционная технология КМОП может быть адаптирована для криогенной эксплуатации с использованием новых материалов и стратегий интеллектуального проектирования.
Центры обработки данных уже потребляют огромное количество электроэнергии, и ожидается, что их потребности в электроэнергии удвоятся к 2030 году из-за растущих энергетических потребностей искусственного интеллекта, согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА).
Компьютерные чипы, которые круглосуточно обрабатывают данные , вырабатывают большое количество тепла и требуют значительной энергии для охлаждения.
Но что, если мы перевернем сценарий? Что, если ключ к энергоэффективности лежит не в управлении теплом, а в принятии холода? Это идея, лежащая в основе концепции криогенных вычислений, т.
е. вычислений при очень низких температурах. В будущем компьютерные чипы смогут работать не только быстрее, но и эффективнее при таких температурах — по крайней мере, если их соответствующим образом адаптировать.
Этот подход также интересен для многочисленных приложений, таких как квантовые компьютеры, космические зонды и медицинская визуализация, которые часто требуют очень низких температур, близких к абсолютному нулю.
Обычные чипы также могут выиграть от мощного охлаждения. Однако они подходят для действительно криогенной работы только в ограниченной степени. Транзисторы вообще-то любят холод «Транзисторы составляют большую часть потребляемой мощности в компьютерах», — говорит Чжао.
Эти крошечные переключатели — современные чипы часто содержат несколько миллиардов на квадратный миллиметр — требуют определенного напряжения для переключения между включенным и выключенным состояниями.
При комнатной температуре требуется около 60 милливольт, чтобы изменить ток в 10 раз. Это значение, известное как «подпороговый размах», является мерой эффективности переключения транзистора и сильно зависит от температуры.
«Традиционно это напряжение переключения уменьшается по мере снижения температуры. Это происходит потому, что у электронов меньше тепловой энергии. Они не так легко «перепрыгивают» через барьеры и ведут себя в целом более предсказуемо.
Вблизи абсолютного нуля теоретически потребуется всего 1 милливольт», — объясняет Чжао. Меньшее напряжение означает меньше энергии, меньше тепла и большую эффективность. Фактически, исследования показывают, что при 77 Кельвинах (-196,15°C) — температуре, которую все еще можно достичь с помощью охлаждения жидким азотом — возможна экономия энергии до 70%.
Это остается верным даже с учетом энергии, необходимой для охлаждения. По словам исследователей, при охлаждении на основе гелия при 4 Кельвинах экономия может достигать 80%.
Теория против практики Однако реальность несколько иная. При очень низких температурах становятся очевидными физические явления, которые при более высоких температурах маскируются «тепловым шумом».
Наиболее заметными из них являются так называемые эффекты хвоста полосы: энергетические возмущения, вызванные небольшими нарушениями или дефектами материала, поскольку ни один полупроводник не идеален. «Они мешают транзисторам правильно выключаться», — говорит Чжао.
Ток продолжает «утекать», даже если компонент на самом деле должен быть заблокирован. Кроме того, есть туннелирование источник-сток, квантовое явление, при котором электроны проходят напрямую через область барьера.
Вместе эти эффекты не позволяют подпороговому размаху уменьшаться так сильно, как ожидалось. Вместо того, чтобы достигать значений ниже 1 милливольта за декаду, подпороговый размах обычно устанавливается между 5 и 10 милливольтами за декаду при температурах ниже 20 Кельвинов — слишком высоко для достижения теоретически возможной энергоэффективности.
Новые материалы, новые перспективы Хорошей новостью является то, что существуют решения. Например, использование материалов, которые нельзя использовать при комнатной температуре , имеет большие преимущества при очень низких температурах.
Причиной этого является ограниченный диапазон энергии из-за очень низких температур, что необходимо для поведения переключения.
В конечном счете, реализация криогенных вычислений требует «замены материалов, устоявшихся в коммерческой технологии КМОП, новыми материалами или интеграции переоцененных известных материалов», как объясняет Кнох. В своем исследовании ученые предлагают целый ряд технологий, которые в сочетании друг с другом могли бы создать своего рода «супертранзистор для холода».
К ним относятся: Нанопровода вокруг затвора и полностью обедненный кремний на изоляторе (SOI), которые обеспечивают особенно точное управление Диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью в сочетании с тонкими субнанометровыми прослойками, которые уменьшают энергетический беспорядок и эффективно связывают электрическое поле Проектирование источника/стока, которое позволяет формировать крутые переходы и вносит меньше дефектов использование новых материалов, таких как полупроводники с малой запрещенной зоной, которые позволяют осуществлять переключение при более низких напряжениях так называемое обратное стробирование, при котором пороговое напряжение можно динамически регулировать.
От лаборатории к применению «Холодно оптимизированные чипы могут значительно снизить потребление энергии для вычислений, особенно в высокопроизводительных центрах обработки данных , где развернуты тысячи или даже сотни тысяч чипов», — говорит Хунг-Ли Чианг, исследователь из TSMC.
Но они также особенно актуальны для квантовых вычислений, где хрупкие квантовые состояния, используемые для обработки, чрезвычайно чувствительны к помехам.
Тепло особенно вредно, поэтому квантовые компьютеры обычно работают при температурах значительно ниже 4 Кельвинов с использованием специализированных систем охлаждения, называемых криостатами.
Эти требовательные приложения также находятся в центре внимания исследовательской группы Чжао в Исследовательском центре Юлиха.
«Требования к квантовой электронике чрезвычайно высоки, но технологии, разрабатываемые в этом контексте, могут проложить путь для высокопроизводительных вычислений при криогенных температурах и для универсальных криогенных систем, которые объединяют фон-неймановские, квантовые и нейроморфные процессоры — и все это со сверхнизким энергопотреблением», — объясняет Чжао.
Крупные производители полупроводников также работают над этой темой.
Эксперты из TSMC, крупнейшего в мире завода по производству микросхем, базирующегося в Тайване и известного производством высокопроизводительных микросхем для таких компаний, как Apple, Nvidia и AMD, также были вовлечены в текущее исследование.
Рубрика: Наука. Читать весь текст на android-robot.com.
Xiaomi представила внедорожники YU7, YU7 Pro и YU7 Max Xiaomi официально представила YU7 – свою вторую линейку электромобилей после Xiaomi SU7. Серия включает три внедорожника: YU7, YU7 Pro и YU7 Max. Осо...
Представлен Xiaomi Civi 5 Pro – камера Leica, 6000 мАч и чип Snapdragon 8s Gen 4 На презентации в Китае компания Xiaomi представила новое пополнение в линейке Civi – смартфон Civi 5 Pro. Устройство получило топовый чип Snapdragon ...
Анастасия Волочкова впервые побывала в Большом театре после скандального увольнения 20 лет назад Анастасия Волочкова впервые за много лет посетила Большой театр, чтобы проститься с хореографом Юрием Григоровичем, который скончался несколько дней ...
"Лопнул имплант". В сети обсуждают, почему Филипп Киркоров попал в больницу В сети обсуждают новости о госпитализации Филиппа Киркорова. Всё началось после того, как телеграм-канал Mash сообщил, что поп-король российской эстр...
Биржа криптовалют Binance Тому, кто хочет торговать криптовалютой, зарабатывая на этом, нужна надёжная биржа. Это обеспечит спокойствие и уверенность в сохранности денег. Сред...
Что такое платеж Роялти? Платеж роялти это регулярное вознаграждение за использование интеллектуальной собственности. Он применяется в сфере франчайзинга и лицензирования. Ро...
Новый ресурс для любителей спортивных соревнований Любителям активного образа жизни стал доступен новый информационный портал - Сравни спортивные новости. Платформа предлагает актуальные сводки, анали...
Где смотреть матчи НБА, КХЛ и других видов спорта? Сегодня болельщики имеют доступ к спортивным трансляциям с любой точки мира, что связано с постоянным развитием цифровых технологий. Чтобы не пропуст...
Поездка с риском для жизни: смолянин «налетел» на неожиданное препятствие на дороге в центре города Крышка люка, на которую наехал молодой человек, больно ударила не только по авто, но и по бюджету горожанина. Максим, герой нашей истории, — об...
Видеоигра Fortnite возвращается в магазин приложений iPhone в США Популярная видеоигра Fortnite вернулась в магазин приложений для iPhone в США, положив конец длительному изгнанию, вызванному юридическим разбиратель...
Google добавляет рекламу в поиск ИИ в битве ChatGPT Google заявила, что начинает встраивать рекламу в свой новый режим искусственного интеллекта для онлайн-поиска. Это стратегический шаг, призванный пр...
Молодежный экофестиваль состоялся в Петербурге на полях НМЭК Санкт-Петербург стал центром притяжения молодых экоактивистов и экспертов: 21 мая здесь прошел масштабный Молодежный экофестиваль «Росатом Экофе...
Воробьёв предложил масштабировать подмосковный сервис подключения объектов к сетям на всю страну По сообщению пресс-службы правительства Подмосковья, инициатива была представлена на заседании президиума Госсовета под председательством президента ...
Аппаратная замена масла акпп Аппаратная замена масла в АКПП предполагает полную замену масла для поддержания работы АКПП и продления срока её эксплуатации. К основным преимуществ...
Специальная мойка Чистый воздух Чистый воздух В мире загрязнение воздуха становится всё более актуальной проблемой, обеспечение чистоты является серьезной задачей. Чтобы улучшить ка...
Топ 5 - Лучшие проекторы с аккумуляторами За яркость проекторов с аккумуляторами приходится переплачивать в 3-6 раз больше по сравнению с обычными моделями, поэтому приобретать такой проектор...
ТОП 5 - Лучшие LED/LASER проекторы для домашних кинотеатров LED/LASER проекторы пока так и не приблизились по ценам к ламповым моделям, а их уже вытесняют большие телевизоры, которые стремительно дешевеют Наст...
Аппаратная замена масла акпп Аппаратная замена масла в АКПП предполагает полную замену масла для поддержания работы АКПП и продления срока её эксплуатации. К основным преимуществ...
Специальная мойка Чистый воздух Чистый воздух В мире загрязнение воздуха становится всё более актуальной проблемой, обеспечение чистоты является серьезной задачей. Чтобы улучшить ка...
Как выбрать мебель под телевизор в гостиную? Выбор мебели под телевизор — это целая наука, особенно если хочется, чтобы она идеально вписалась в интерьер, была удобной и долговечной. Ведь гостин...
Глава OpenAI рассказал о новом ИИ-гаджете, создаваемом с Джони Айвом Генеральный директор OpenAI Сэм Альтман на внутренней встрече сотрудников раскрыл первые подробности о разрабатываемом устройстве, создаваемом совмес...
Канны-2025: 15 модных провалов — от старомодной Натали Портман до "готической" Кары Делевинь На Лазурном Берегу Франции завершился 78-й Каннский кинофестиваль, который проходил с 13 по 24 мая. От лучших образов, в которых селебрити блистали н...
"Докопалась до правды". На бывшую жену Паши Техника завели уголовное дело в Таиланде На 30-летнюю Еву Карицкую, бывшую жену Паши Техника и мать его сына Ивана, завели уголовное дело в Таиланде. Об этом женщина сама сообщила в своих со...
Нанотехнологии в области термоэлектричества обеспечивают масштабируемое охлаждение без использования компрессора Исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, разработали новую, легко изготавливаемую т...
Обучение роботов теории разума может улучшить сотрудничество Природа полна животных, которые сотрудничают в больших количествах. Пчелы отмечают лучшие места для кормления и сообщают другим, где они находятся. М...
Стоит ли устанавливать видеокарту в корпус вертикально? В современных сборках всё чаще можно встретить вертикально установленные видеокарты. Это решение выглядит эффектно, но не всегда оно является эффекти...
Что означает надпись H++ на кабеле питания видеокарты? С появлением разъема 12V-2×6 в сообществе любителей ПК возникло множество вопросов: чем он отличается от 12VHPWR, что означают надписи H+ и H++,...
Как безопасно купить автомобиль: особенности и этапы, плюсы обращения в DSS Group Покупка автомобиля – всегда радостное и в то же время волнительное событие, к реализации которого нужно подходить серьезно и основательно. Чтобы выбр...
Рефинансирование кредитной карты: ключевые преимущества, основные этапы процедуры Кредитные карты являются удобными инструментами, дающими возможность распоряжаться денежными средствами по мере необходимости. Однако вследствие непр...
Поездка с риском для жизни: смолянин «налетел» на неожиданное препятствие на дороге в центре города Крышка люка, на которую наехал молодой человек, больно ударила не только по авто, но и по бюджету горожанина. Максим, герой нашей истории, — об...
Отличный повод бросить курить! Курение — это не просто вредная привычка, это глобальная эпидемия, уносящая ежегодно до 8 миллионов жизней. Миллион из них — жертвы пассивного курени...
В Брянской области поддерживают развитие туристской инфраструктуры В рамках нового национального проекта «Туризм и гостеприимство» в Брянской области реализуются мероприятия по государственной поддержке общественных ...
Путин обратился к участникам форума по вопросам безопасности в НЦ «Россия» Президент России Владимир Путин обратился к участникам XIII Международной встречи высоких представителей, курирующих вопросы безопасности. Президент ...
The Washington Post: Трамп не стал продлевать военную помощь Украине Украина вскоре может остаться без американской военной поддержки, поскольку Дональд Трамп не обозначил планов продлевать или увеличивать помощь Киеву...
Где купить цифровую видеокамеру в Москве? Все цифровые камеры создают цифровые изображения, которые можно сохранить при необходимости на компьютере. Они выполняют быструю съемку и передачу из...
Расход воды в системах очистки: особенности работы мембранной фильтрации Современные технологии водоподготовки позволяют получать питьевую воду превосходного качества. Наиболее эффективным методом считается обратный осмос,...
Motorola представила смартфон Edge 2025 Motorola анонсировала свой новейший смартфон Edge 2025, который пришёл на смену прошлогодней модели Edge. Новинка стала первым смартфоном на базе про...
Realme GT 7 и GT 7T с батареями на 7000 мАч и зарядкой 120 Вт вышли на мировой рынок Realme анонсировала глобальные версии Realme GT 7 и Realme GT 7T. Обе новинки оснащены чипсетами MediaTek Dimensity, массивными аккумуляторами ёмкост...
Изменения в обновлении KB5058502 Preview (сборки 22621.5413 и 22631.5413) для Windows 11 версий 22H2 и 23H2 Microsoft выпустила необязательное накопительное обновление KB5058502 (сборки 22621.5413 и 22631.5413) для Windows 11 версий 22H2 и 23H2, которое при...
Анонс Windows 11 Insider Preview Build 26120.4161 (канал Beta) Добрый вечер, друзья! Microsoft выпустила новую предварительную сборку Windows 11 (версия 24H2) под номером 26120.4161 (KB5058515) для участников про...
Ролан Гаррос. Дрэйпер играет с Монфисом, Рублев, Синнер, Зверев, Джокович, Фонсека вышли в 3-й круг, де Минаур выбыл Янник Синнер прошел Ришара Гаске, Новак Джокович – Корентена Муте. Сетка здесь. «Ролан Гаррос» Париж, Франция 25 мая – 8 июня 2025 Турнир «Большого ш...
6 устройств, которые помогут прокачать вашу дачу Содержание: Аккумуляторный триммерРобот-газонокосилкаКамера видеонаблюденияMesh-системы для интернетаПрожекторы с датчиком движенияСистема капельного...
Обзор TECNO CAMON 40 Pro 5G: теперь с ИИ-помощником Хватит ли вам смартфона среднего сегмента? А, может, нужен флагман? Получив на тест TECNO CAMON 40 Pro 5G, мы решили не писать стандартный обзор, а с...
HONOR представил серию 400_400 Pro в Китае рекордная батарея 7200 мАч, мощный процессор и защита по стандартам IP69+IP69 В Шэньчжэне состоялась презентация новой серии HONOR 400, в рамках которой бренд HONOR, мировой лидер в создании экосистемы устройств с искусственным...
Новый проектор Wanbo Vali 1 уже в России Компания diHouse представляет на российском рынке новый портативный Full HD-проектор – Wanbo Vali 1. Модель разработана с фокусом на геймерскую аудит...
6 устройств, которые помогут прокачать вашу дачу Содержание: Аккумуляторный триммерРобот-газонокосилкаКамера видеонаблюденияMesh-системы для интернетаПрожекторы с датчиком движенияСистема капельного...
Обзор TECNO CAMON 40 Pro 5G: теперь с ИИ-помощником Хватит ли вам смартфона среднего сегмента? А, может, нужен флагман? Получив на тест TECNO CAMON 40 Pro 5G, мы решили не писать стандартный обзор, а с...
Топ 5 - Лучшие проекторы с аккумуляторами За яркость проекторов с аккумуляторами приходится переплачивать в 3-6 раз больше по сравнению с обычными моделями, поэтому приобретать такой проектор...
ТОП 5 - Лучшие LED/LASER проекторы для домашних кинотеатров LED/LASER проекторы пока так и не приблизились по ценам к ламповым моделям, а их уже вытесняют большие телевизоры, которые стремительно дешевеют Наст...
В Брянске стартовал сезон пешеходных экскурсий Региональное отделение Всероссийского общества охраны памятников истории и культуры 31 мая открыло летний сезон бесплатных пешеходных экскурсий. Вмес...
Новый ресурс для любителей спортивных соревнований Любителям активного образа жизни стал доступен новый информационный портал - Сравни спортивные новости. Платформа предлагает актуальные сводки, анали...
Где смотреть матчи НБА, КХЛ и других видов спорта? Сегодня болельщики имеют доступ к спортивным трансляциям с любой точки мира, что связано с постоянным развитием цифровых технологий. Чтобы не пропуст...
В сети появились рендеры Sony Xperia 1 V Мы надеемся, что Xperia 1 V уже не за горами. По-прежнему существует определенная вероятность того, что телефон появится на выставке MWC в Барселоне ...
Samsung показала Galaxy S23 и S23+ с обновленным дизайном Вслед за Galaxy S23 Ultra сегодня показали и обновление базовых моделей Galaxy S. И хотя Samsung улучшила основные аппаратные и программные функции, ...
Умер отец Рианны, с которым певица была в сложных отношениях На 71-м году жизни умер отец 37-летней Рианны, Рональд Фенти. Об этом сообщает Page Six.По информации издания, Рональда не стало в субботу, 31 мая. П...
"Абсолютная пошлость". Николай Цискаридзе о фильме "Анора", скандальном дебюте Марии Шуваловой в Большом театре, Максиме Галкине* и Алле Пугачёвой 51-летний Николай Цискаридзе дал развёрнутое интервью Лауре Джугелии. В нём он высказался о недавнем скандале вокруг дебюта в Большом театре Марии Шу...
Политический деятель и меценат Игорь Пушкарев Игорь Пушкарев – это имя, которое знакомо каждому, кто следит за политической и деловой жизнью России. Этот выдающийся политик, предприниматель, канд...
Председатель ВЭБ.рф Игорь Шувалов Функционал ВЭБ.РФ регламентируется федеральным законом «О государственной корпорации развития ВЭБ.РФ» и подчинён задаче поддержки эконом