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...
Генпрокурор Калифорнии готовится защитить Apple от тарифов Трампа Генеральный прокурор Калифорнии Роб Бонта рассматривает возможность подачи иска против администрации бывшего президента США Дональда Трампа из-за угр...
Baseus выпускает наушники-вкладыши MC1 Pro с поддержкой AI clip-on Компания Baseus официально представила наушники MC1 Pro AI clip-on в Китае. Новая модель пришла на смену прошлогодней MC. Наушники поставляются в тре...
Рэпер Vacio вышел на связь после "отмены" из-за "голой вечеринки" и представил новый трек 27-летний рэпер Vacio (настоящее имя — Николай Васильев) впервые вышел на связь после "отмены" из-за "голой вечеринки" Насти Ивлеевой. После того как...
Тёмные двойники ChatGPT: университет Бен-Гуриона предупреждает, что чат-боты превращаются в инструмент преступников Учёные из Университета Бен-Гуриона (Израиль) обнаружили, что большинство современных языковых моделей, включая ChatGPT, можно легко заставить генерир...
Как будто планета потеряла контроль над своим небом. Титан оказался не просто загадочным — он, похоже, сломал каноны астрофизики Спутник Сатурна Титан давно привлекает внимание учёных благодаря своей плотной атмосфере, напоминающей земную. Но теперь выяснилось: его атмосферное ...
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, ...
Фонд Юрия Лужкова поможет воплотить научные идеи победителей «АртПрома» 21 мая в Самаре стартовал международный фестиваль креативных технологий «АртПром», организованный Фондом всестороннего развития детей и молодежи «От ...
Фонд Юрия Лужкова поддержит грантом молодых инженеров и изобретателей на фестивале «АртПром» Фонд Юрия Лужкова примет участие в международном фестивале креативных технологий «АртПром» и предоставит премию в размере 300 тысяч рублей для поддер...
Дверь грузового отсека Starship не смогла открыться, двигатель Raptor не включился. Почему запуск гигантской ракеты пошёл не по плану, подробно рассказали в SpaceX SpaceX опубликовала большой отчет, в котором в подробностях и по шагам рассказала, что произошло в ходе девятого испытательного полета Starship. Уско...
Девятый испытательный полёт сверхтяжёлой ракеты-носителя SpaceX Starship закончился полным провалом: ускоритель Super Heavy взорвался, ракета Starship сгорела в атмосфере Сегодня в 19:36 по времени восточного побережья США (02:36 по московскому времени) с космодрома Starbase в штате Техас сверхтяжелая ракета-носитель S...
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...
На фестивале классической музыки в Суздале ожидают до 40 тыс. человек Фестиваль пройдет с 29 июня по 5 июля. Порядка 40 тыс. человек ожидается на летнем фестивале народного артиста России Дениса Мацуева. Мероприятие про...
Для семей Брянской области открылась регистрация на конкурс «Это у нас семейное» 27 мая 2025 года на заседании Наблюдательного совета платформы «Россия – страна возможностей» объявлено о старте второго сезона конкурса «Это у нас с...
Брянский общественник после ответа замгубернатора Свинцова не может понять мы живем по закону или по понятиям Известный в Брянске общественник Александр Лебедев написал письмо брянским функционерам, своё впечатление от ответа он разметил публично. Приводим ег...
Какие сюрпризы могут принести скучные предстоящие выборы в Брянской области? Этой осенью в нашем регионе пройдут очередные выборы, губернатора и, не смотря на явный низкий интерес жителей к этому действу, наверное, нужно затро...
Брянские ветераны спецоперации примут участие в «Кубке Защитников Отечества» Брянские ветераны спецоперации примут участие в «Кубке Защитников Отечества» Центрального федерального округа. Сейчас команда региона активно готовит...
На фестивале классической музыки в Суздале ожидают до 40 тыс. человек Фестиваль пройдет с 29 июня по 5 июля. Порядка 40 тыс. человек ожидается на летнем фестивале народного артиста России Дениса Мацуева. Мероприятие про...
«Блочные войны» в Колхозном переулке Смоленска: кто прав в «восстании» автовладельцев Бетонные блоки перегораживают проезд в Колхозном переулке в районе домов №№19 и 19а. Smolnarod попытался разобраться в истории соседских «войн&#...
Свидетели по делу экс-главы Гагаринского района Романа Журавлева меняют показания Сразу два ключевых свидетеля, которые на этапе следствия изобличали бывшего главу района, на судебном заседании «забыли» о том, как он оказывал на ни...
«Газпромнефть-СМ» расширяет поддержку промышленности Красноярского края Автор фото: Стоян Васев «Газпром нефть» и правительство Красноярского края договорились о расширении сотрудничества в сфере поставок моторных и индус...
Пэрис Хилтон снова раскритиковали из-за её отношения к дочери Пэрис Хилтон, которую часто хейтят из-за её отношения к своим детям, снова столкнулась с критикой.Обсуждения начались после того, как она опубликовал...
"Я буквально истончаюсь". Диана Арбенина высказалась о хейте на фоне конфликта с Валерией Гай Германикой Основательница группы "Ночные снайперы" рассказала о своём отношении к хейту на фоне конфликта с режиссёром Валерией Гай Германикой."Я человек очень ...
Брянцам предлагают стать участниками форумов Росмолодёжи 2025 года Жителей Брянской области приглашают к участию в форумах Росмолодёжи нового сезона. В этом году участников ждёт 27 событий в 25 регионах страны: от Ка...
Супруги Михалевы из деревни Титовка Глинищевского сельского поселения отметили золотой юбилей совместной жизни Пятьдесят лет назад, 8 мая 1975 года, началась совместная дорога супругов Михалевых. Полвека, идя рука об руку, сквозь радости и печали, сквозь взлет...
Microsoft Edge Game Assist теперь доступен всем пользователям Windows 11 Microsoft в своём блоге объявила, что функция Game Assist в браузере Microsoft Edge теперь доступна всем пользователям Windows 11. Напомним, что тест...
Состоялся релиз стабильной версии Microsoft Edge 137 Microsoft начала распространять стабильную версию Microsoft Edge 137 (137.0.3296.52), которая включает в себя несколько новых функций, улучшений и ис...
ACB. «Реал» победил «Сарагосу», «Барселона» обыграла «Бильбао» и другие матчи Сегодня проходит финальный день регулярного чемпионата Испании. «Сарагоса» уступила «Реалу», «Барселона» справилась с «Бильбао». АСВ Регулярный чемпи...
Цены на нефть растут на фоне падения запасов нефти в долларах и США Нефть выросла в среду на фоне ослабления доллара, сокращения запасов сырой нефти в США и того, что Великобритания одобрила еще одну вакцину от корона...
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,...
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...
Рынок подводных кабелей расширяется, поскольку ИИ и геополитика меняют глобальные сети Гиперскейлеры стимулируют ускоренные инвестиции в подводную кабельную инфраструктуру, поскольку глобальные беспорядки подчеркивают необходимость разн...
Датчики в реальном времени количественно определяют биомаркеры для улучшения ухода за ранами Оценка ран медицинскими специалистами в значительной степени основана на визуальном осмотре, который может быть сложным из-за его субъективной природ...
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...
Заставлял ползать перед ним и изображать ослиное ржание: появились новые подробности преступлений миллиардера Мохаммеда Аль-Файеда Газета The Times опубликовала отрывок из книги о Мохаммеде Аль-Файеде, бывшем владельце фешенебельного лондонского универмага Harrods. Мохаммед был о...
"Прилетает по сей день". Светлана Бондарчук рассказала, от чего страдала в браке с Фёдором Бондарчуком 56-летняя Светлана Бондарчук в беседе с Сергеем Минаевым рассказала, какие трудности принёс ей брак с Фёдором Бондарчуком. По словам Светланы, когда ...
США создают суперкомпьютер Doudna на чипах Nvidia, который объединит искусственный интеллект с научными открытиями будущего В США начинается строительство новой вычислительной системы. Систему разместят в Лоуренсовской национальной лаборатории Беркли, Калифорния. Её произв...
Как появились «блинообразные купола» на поверхности Венеры? Учёные объяснили необычную форму вулканов второй планеты Солнечной системы Учёные из Технологического института Джорджии, Университета Лиона и Университета штата Аризона пришли к выводу, что необычные вулканические образован...
Инструмент ИИ позволяет автоматизировать оценку паралича лицевого нерва «Тонко настроенный» инструмент на основе искусственного интеллекта (ИИ) демонстрирует перспективность объективной оценки пациентов с параличом лицево...
Cоздана программа, моделирующая поведение жидкого металла в термоядерном реакторе В МИФИ создали программу, моделирующую поведение жидкого металла в термоядерном реакторе Сотрудниками кафедры физики плазмы НИЯУ МИФИ создан программ...
В Брянской области открыли современный военный госпиталь В Брянской области в рамках программы Министерства обороны по строительству, реконструкции и капитальному ремонту объектов военной медицины построен ...
Брянский общественник после ответа замгубернатора Свинцова не может понять мы живем по закону или по понятиям Известный в Брянске общественник Александр Лебедев написал письмо брянским функционерам, своё впечатление от ответа он разметил публично. Приводим ег...
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...
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 ...
"Берегите эти глаза, полные доверия и любви". Агата Муцениеце опубликовала архивное фото со своим сыном Тимофеем Агата Муцениеце в своём инстаграме* опубликовала архивную фотографию со своим сыном Тимофеем, из-за которого она судится с бывшим мужем Павлом Прилуч...
Ваня Дмитриенко впервые высказался о романе с Анной Пересильд Ваня Дмитриенко стал гостем YouTube-канала "Осторожно: Собчак" Ксении Собчак. 19-летний певец высказался о слухах о романе с Анной Пересильд, знакомс...
Учитель из Красноярска пошла под суд за оскорбления ученика с аутизмом В Красноярске суд признал экс-учительницу школы № 2 виновной в жестоком обращении с учеником, страдающим атипичным аутизмом. Как выяснилось, педагог ...
Дроны ВСУ повредили многоэтажку в Курске и жилые дома в Рязани в ночь на 2 июня Информацию о массовой атаке украинских беспилотников на российские регионы подтвердили региональные власти. По их словам, повреждения также получили ...
В Гагарине подрядчик сорвал сроки капремонта моста На совещании, проведенном главой района, принято решение «регулярно мониторить ход выполнения работ» В Гагарине подрядчик сорвал срок капит...
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,...
Блейк Лайвли отозвала один из исков против Джастина Бальдони, с которым судится из-за домогательств Блейк Лайвли, которая обвиняет 41-летнего Джастина Бальдони в домогательствах, отозвала один из исков против него.По данным издания Daily Mail, 37-ле...
"Она не поддаётся контролю". Бывший казначей князя Монако Альбера рассказал о многомиллионных тратах княгини Шарлен Княгиню Монако Шарлен обвинили в многомиллионных тратах за государственный счёт. Сведения о роскошном образе жизни супруги Альбера II раскрыл его быв...