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...
Фондовый рынок, Daily history за 22 мая 2025 г. Индекс Изменение, пункты Цена закрытия Изменение, % NIKKEI 225 -313.11 36985.87 -0.84 Hang Seng -283.47 23544.31 -1.19 KOSPI -31.91 2593.67 -1.22 ASX...
Валютный рынок, Daily history за 22 мая 2025 г. Валютная пара Цена закрытия Изменение, % AUDUSD 0.64099 -0.35 EURJPY 162.483 -0.33 EURUSD 1.12795 -0.38 GBPJPY 193.263 0.09 GBPUSD 1.34196 0.07 NZDUS...
Весенний субботник «Газпромнефть-СМ» в Таврическом саду открыл сезон экологических акций компании в Петербурге В Санкт-Петербурге стартовал сезон весенних экологических акций компании «Газпромнефть – смазочные материалы». Первая уборка прошла в Таврическом сад...
Музыкант Алексей Фомин о неудачах на его пути Музыкальная история Алексея Фомина берет начало в 2014 году, когда он увлекся созданием мелодий и освоением клавишных инструментов. Написав свыше шес...
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...
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...
История Пензы: в честь отважной девушки-пилота с мужественным лицом названа улица История Пензы: в честь отважной девушки-пилота с мужественным лицом названа улицаВ Пензе есть множество улиц и объектов архитектуры, которые хранят м...
Уксус и соль — «дремучий» метод: пырей и одуванчики уничтожаю простым способом — нужен 1 копеечный продукт с кухни Уксус и соль — «дремучий» метод: пырей и одуванчики уничтожаю простым способом — нужен 1 копеечный продукт с кухниДачники массово отказываются от ток...
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...
Суд в Германии обязал сайты добавить кнопку отказа от всех cookie Административный суд Ганновера постановил, что сайты в Германии обязаны размещать на баннерах управления cookie-файлами заметную кнопку «Отклонить вс...
Как узнать об ограничениях на недвижимость Photo by Precondo CA on Unsplash Для начала стоит обратиться в местный орган самоуправления. Обычно такие структуры предоставляют полные сведения о з...
Психология Прибыльного Трейдера: ЧЕК-ЛИСТ [подробный план по шагам] Психология трейдера — ключевой элемент, который отличает убыточного «игрока» от стабильного профессионала. Ранее на этом сайте мы уже говор...
Паттерны DBLHC и DBHLC | Price Action Сегодня продолжим рассматривать разворотные паттерны Прайс Экшн — DBLHC и DBHLC. Использовать в трейдинге их совсем не сложно, поэтому эта стра...
Любовь, интриги, Босфор: секреты успеха турецких фильмов и сериалов Первый турецкий фильм, снятый в 1914 году, стал началом большой истории турецкого кино. Его расцвет наступил в 1950-х, когда киностудии выпускали до ...
Почему мы так любим индийское кино? Индийское кино — это удивительный мир, в котором переплетаются традиции и современность, драма и комедия, музыка и танец. С момента своего появления ...
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...
Михаил Иванов прокомментировал свой уход из «Брянскфармации» Брянский депутат и общественный деятель Михаил Иванов в своих соц. сетях подтвердил уход с поста руководителя госпредприятия «Брянскфармации». В роли...
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...
Эксперты предложили приравнять ИТ-отрасль к оборонной сфере для усиления контроля Участники дискуссии по вопросам цифрового суверенитета предложили приравнять ИТ-сферу к оборонной отрасли, чтобы усилить государственный контроль и з...
В мире: Эстония испугалась собственной выходки против интересов России В Эстонии внезапно испугались антироссийских операций собственного флота в Балтийском море. «Действия, предпринятые против российского флота, показыв...
Как обжать интернет кабель в домашних условиях При первом подключении интернета провайдер берет на свои плечи все технические работы, связанные с проведением кабеля в квартиру. В список входит и п...
Как разорвать пару с Apple Watch: простая инструкция Содержание:Для чего это может быть нужно?Как разорвать пару с Эппл Вотч?Умные часы Apple Watch тесно интегрированы с iPhone, но бывают ситуации, когд...
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++,...
В мире: Пощечина Макрону опозорила Францию Президент Франции Эммануэль Макрон схлопотал по физиономии во время официального визита во Вьетнам. Нет, никто из вьетнамцев не пытался таким образом...
Грозный раскрыл планы в статусе культурной столицы России В Москве представили ключевые проекты и планы Грозного как Культурной столицы 2025 года, включая запуск исламского научного центра и масштабные культ...
Что такое трансгуманизм и почему его боятся. Объясняем простыми словами Трансгуманизм — множество философских течений и общественных движений, объединённых идеей совершенствование природы человека на основе достижений нау...
Синоптик Тишковец: лето в Москве начнётся с тепла и гроз Сейчас в столице стоит настоящая июльская жара. Метеорологическое лето наступит в Москве 27 мая, сообщал ранее ведущий специалист центра погоды «Фобо...
Психология Прибыльного Трейдера: ЧЕК-ЛИСТ [подробный план по шагам] Психология трейдера — ключевой элемент, который отличает убыточного «игрока» от стабильного профессионала. Ранее на этом сайте мы уже говор...
Паттерны DBLHC и DBHLC | Price Action Сегодня продолжим рассматривать разворотные паттерны Прайс Экшн — DBLHC и DBHLC. Использовать в трейдинге их совсем не сложно, поэтому эта стра...
Чистка зубов ультразвуком. За и против Терапевтическая стоматология рекомендует чистить зубы ультразвуком, так как он помогает эффективно удалить с них налет и камень. Ультразвуковая чистк...
Где купить пульсоксиметры? Пульсоксиметр — это небольшой диагностический прибор, который измеряет уровень кислорода в крови и частоту пульса. Он помогает быстро оценить насыщен...
Nvidia подготовила мощный AI-чип Blackwell после американских ограничений Nvidia планирует выпустить новый искусственный интеллект (ИИ) чип для китайского рынка по значительно более низкой цене по сравнению с недавно предст...
Выпущена линейка игровых флагманов Red Magic 10S Pro Компания Red Magic официально представила в Китае два новых геймерских смартфона — Red Magic 10S Pro и Red Magic 10S Pro+. Новинки впечатляют не толь...
Ксения Собчак, Софья Эрнст, Гоша Рубчинский, Эвелина Хромченко и Валерия Гай Германика на показе Walk of Shame Вчера в московском Грибоедовском ЗАГСе прошёл первый за четыре года показ бренда Walk of Shame. В первом ряду собралась вся светская столица: Ксения ...
Аглаю Тарасову заподозрили в отношениях с Антоном Филипенко В сети ходят слухи, что 31-летняя Аглая Тарасова встречается с 40-летним актёром Антоном Филипенко. Артисты регулярно подогревают интерес к своим отн...
Путин обсудил с предпринимателями развитие экономики и меры госп