- 27,154
- 46
- 8 Ноя 2022
Новое устройство может позволить компьютерным процессорам работать значительно быстрее, не выделяя при этом избыточного тепла.
Японские исследователи показали, как ускорить вычисления без привычной платы в виде лишнего тепла. Новый энергонезависимый переключающий элемент обработал один бит за 40 пикосекунд, то есть за 40 триллионных долей секунды. Для сравнения, обычным чипам трудно опуститься ниже наносекунды, а наносекунда в 25 раз длиннее.
Работа, опубликованная в журнале Science, бьет в одну из самых болезненных проблем современных дата-центров. Чем быстрее процессоры гонят вычисления, тем больше энергии уходит на питание и охлаждение. В обычном компьютере перегрев выдает шум вентиляторов, а в облачном дата-центре та же физика превращается в тысячи серверов, которые постоянно выделяют тепло и требуют дорогой инфраструктуры охлаждения.
Новый элемент устроен иначе. Исследователи собрали тончайшие слои тантала и Mn3Sn на подложке из диоксида кремния. Тантал выбрали как тугоплавкий металл, способный работать с электрическим зарядом, а Mn3Sn - как антиферромагнитный материал со стабильными магнитными свойствами и устойчивостью к внешним магнитным полям.
Дальше ученые подключили к образцу сверхбыстрые световые импульсы длительностью до 60 пикосекунд в обычном диапазоне длин волн для связи. Импульсы проходили через высокоскоростной фотодиод, после чего в материале менялось направление спинов электронов. Прибор фиксировал крошечную магнитную силу, а переключающий элемент сохранял записанное магнитное состояние без постоянного электрического питания.
В лаборатории образец выдержал больше миллиарда переключений и продолжил работать стабильно. Главный результат связан не только со скоростью. Переключения почти не добавляли тепла по сравнению с обычными вычислительными процессорами, а значит, такая схема в перспективе может снять часть ограничений, которые мешают наращивать мощность серверов.
Для индустрии дата-центров подобная технология выглядит особенно заманчиво. Рост искусственного интеллекта, облачных сервисов и научных расчетов упирается не только в количество чипов, но и в электричество, тепло и стоимость охлаждения. Если энергонезависимые переключающие элементы получится встроить в реальные процессоры, вычисления смогут ускориться без пропорционального роста энергопотребления.
До серийных чипов пока далеко. Лабораторный образец надо проверить вне контролируемых условий, где помехи, температура и производственные разбросы могут ухудшить результат. Есть и сырьевая проблема: тантал относится к редким металлам и уже пользуется высоким спросом.
Авторы работы считают, что прототип чипа на базе новой схемы может появиться к 2030 году. Следующий шаг - сделать слой Mn3Sn еще тоньше, чтобы снизить потребление энергии, а затем разработать промышленный способ выпуска таких элементов в больших объемах.
Японские исследователи показали, как ускорить вычисления без привычной платы в виде лишнего тепла. Новый энергонезависимый переключающий элемент обработал один бит за 40 пикосекунд, то есть за 40 триллионных долей секунды. Для сравнения, обычным чипам трудно опуститься ниже наносекунды, а наносекунда в 25 раз длиннее.
Работа, опубликованная в журнале Science, бьет в одну из самых болезненных проблем современных дата-центров. Чем быстрее процессоры гонят вычисления, тем больше энергии уходит на питание и охлаждение. В обычном компьютере перегрев выдает шум вентиляторов, а в облачном дата-центре та же физика превращается в тысячи серверов, которые постоянно выделяют тепло и требуют дорогой инфраструктуры охлаждения.
Новый элемент устроен иначе. Исследователи собрали тончайшие слои тантала и Mn3Sn на подложке из диоксида кремния. Тантал выбрали как тугоплавкий металл, способный работать с электрическим зарядом, а Mn3Sn - как антиферромагнитный материал со стабильными магнитными свойствами и устойчивостью к внешним магнитным полям.
Дальше ученые подключили к образцу сверхбыстрые световые импульсы длительностью до 60 пикосекунд в обычном диапазоне длин волн для связи. Импульсы проходили через высокоскоростной фотодиод, после чего в материале менялось направление спинов электронов. Прибор фиксировал крошечную магнитную силу, а переключающий элемент сохранял записанное магнитное состояние без постоянного электрического питания.
В лаборатории образец выдержал больше миллиарда переключений и продолжил работать стабильно. Главный результат связан не только со скоростью. Переключения почти не добавляли тепла по сравнению с обычными вычислительными процессорами, а значит, такая схема в перспективе может снять часть ограничений, которые мешают наращивать мощность серверов.
Для индустрии дата-центров подобная технология выглядит особенно заманчиво. Рост искусственного интеллекта, облачных сервисов и научных расчетов упирается не только в количество чипов, но и в электричество, тепло и стоимость охлаждения. Если энергонезависимые переключающие элементы получится встроить в реальные процессоры, вычисления смогут ускориться без пропорционального роста энергопотребления.
До серийных чипов пока далеко. Лабораторный образец надо проверить вне контролируемых условий, где помехи, температура и производственные разбросы могут ухудшить результат. Есть и сырьевая проблема: тантал относится к редким металлам и уже пользуется высоким спросом.
Авторы работы считают, что прототип чипа на базе новой схемы может появиться к 2030 году. Следующий шаг - сделать слой Mn3Sn еще тоньше, чтобы снизить потребление энергии, а затем разработать промышленный способ выпуска таких элементов в больших объемах.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
