Os data centers estão processando dados e distribuindo os resultados a taxas surpreendentes, e tais sistemas robustos requerem uma quantidade significativa de energia - tanta energia, na verdade, que a tecnologia de comunicação da informação é projetada para responder por 20% do consumo total de energia nos Estados Unidos até 2020.

Para atender a essa demanda, uma equipe de pesquisadores do Japão e dos Estados Unidos desenvolveu uma estrutura para reduzir o consumo de energia e, ao mesmo tempo, melhorar a eficiência. Eles publicaram seus resultados em 19 de julho em Relatórios Científicos , uma Natureza Diário.

“A quantidade significativa de consumo de energia se tornou um problema crítico na sociedade moderna, "disse Olivia Chen, autor correspondente do artigo e professor assistente no Instituto de Ciências Avançadas da Universidade Nacional de Yokohama. "Há uma necessidade urgente de tecnologias de computação extremamente eficientes em termos de energia."

A equipe de pesquisa usou um processo de lógica digital chamado Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). A ideia por trás da lógica é que a corrente contínua deve ser substituída por corrente alternada. A corrente alternada atua como o sinal do relógio e a fonte de alimentação - conforme a corrente muda de direção, ele sinaliza a próxima fase de tempo para computação.

A lógica, de acordo com Chen, poderia melhorar as tecnologias de comunicação convencionais com os processos de fabricação disponíveis atualmente.

"Contudo, falta uma sistemática, framework de síntese automática para traduzir da descrição lógica de alto nível para as estruturas da netlist do circuito Adiabático Quantum-Flux-Parametron, "Chen disse, referindo-se aos processadores individuais dentro do circuito. "Nesse artigo, atenuamos essa lacuna apresentando um fluxo automático. Também demonstramos que o AQFP pode atingir uma redução no uso de energia em várias ordens de magnitude em comparação com as tecnologias tradicionais. "

Os pesquisadores propuseram uma estrutura de cima para baixo para computar decisões que também pode analisar seu próprio desempenho. Para fazer isso, eles usaram síntese lógica, um processo pelo qual eles direcionam a passagem de informações através de portas lógicas dentro da unidade de processamento. As portas lógicas podem receber um pouco de informação e gerar uma resposta sim ou não. A resposta pode acionar outras portas para responder e levar o processo adiante, ou pare completamente.

Com esta base, os pesquisadores desenvolveram uma lógica de computação que leva a compreensão de alto nível de processamento e quanta energia um sistema usa e dissipa e descreve como um mapa otimizado para cada porta dentro do modelo de circuito. A partir disso, Chen e a equipe de pesquisa podem equilibrar a estimativa da potência necessária para processar através do sistema e a energia que o sistema dissipa.

De acordo com Chen, esta abordagem também compensa a energia de resfriamento necessária para tecnologias supercondutoras e reduz a dissipação de energia em duas ordens de magnitude.

"Esses resultados demonstram o potencial da tecnologia AQFP e aplicativos para larga escala, cálculos de alto desempenho e com eficiência energética, "Chen disse.

Em última análise, os pesquisadores planejam desenvolver uma estrutura totalmente automatizada para gerar o layout de circuito AQFP mais eficiente.

"Os resultados de síntese dos circuitos AQFP são altamente promissores em termos de computação de alto desempenho e eficiência energética, "Chen disse." Com o futuro avanço e maturidade da tecnologia de fabricação de AQFP, prevemos aplicações mais amplas, desde aplicações espaciais até instalações de computação em grande escala, como data centers. "