Hybridné častice umožnia drasticky znížiť spotrebu energie v dátových centrách

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Nová technológia spája svetlo s hmotou vo výpočtoch.

• Výpočty prebiehajú bez vzniku stratového odpadového tepla.

• Spotreba energie dosahuje iba zlomok bežných mikroprocesorov.

Tradičná počítačová architektúra, ktorej základy vznikli pred osemdesiatimi rokmi pri návrhu prvých sálových systémov, využíva na prenos informácií elektróny. Elektróny pri pohybe nevyhnutne narážajú na materiálový odpor a generujú tak veľké množstvo tepla. S rastúcim výkonom kremíkových čipov sa správa tohto tepla stáva veľmi veľkou prekážkou.

Odborníci preto dlhodobo vkladajú nádeje do fotoniky a využitia svetelných lúčov. Fotóny sú elektricky neutrálne častice s nulovou pokojovou hmotnosťou, vďaka čomu dokážu prenášať dáta rýchlosťou svetla bez výraznejších energetických strát. Práve táto neutralita však spôsobuje, že s okolím interagujú veľmi slabo a nedokážu samostatne vykonávať operácie prepínania signálu potrebné pre funkčnú výpočtovú logiku.

Zdroj foto: Zhi Wang

Súčasné fotonické čipy preto musia vykonať samotný výpočet pomocou svetla a následne tento signál spomaliť prevodom na elektrický prúd. Tento neustály proces konverzie kvôli rozhodovacím pravidlám výrazne spomaľuje plynulý tok dát a maže prvotnú energetickú výhodu fotoniky. Výskumný tím z oblasti fyziky nedávno zverejnil prácu, ktorá tento fundamentálny prenosový problém úspešne rieši priamo na hardvérovej úrovni.

Riešením je vytvorenie hybridných kvázičastíc, ktoré odborníci nazývajú excitón-polaritóny. Tieto častice vznikajú spojením fotónov s elektrónmi vo vnútri atomárne tenkej polovodičovej dutiny, čím sa priamo spája rýchlosť svetla so silnými interakciami hmoty. Fotóny tak získavajú schopnosť dostatočne silno interagovať so svojím okolím na to, aby dokázali vykonávať nevyhnutné kroky na prepínanie signálu.

Vďaka tomuto fyzikálnemu objavu sa výskumníkom podarilo udržať celý výpočtový proces výlučne v optickej rovine bez potreby prevodu na elektrický signál. Samotné prepínanie signálu prebehlo pri energetickom prahu približne 4 biliardtín joulu. Táto hodnota predstavuje iba absolútny zlomok energie, ktorá je bežne potrebná na krátkodobé napájanie bežnej indikačnej diódy.

Pri úspešnom zavedení do praxe by táto optoelektronická platforma mohla výrazne znížiť nároky na chladenie budúcich dátových centier. Fotonické čipy by zároveň dokázali spracovávať vizuálne dáta zo senzorov bez zdržujúcej konverzie obrazového signálu. Táto platforma navyše vytvára stabilné technologické základy pre priamu integráciu kvantových výpočtov do rozmerov štandardných mikročipov.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Plne optické výpočty dokážu drasticky znížiť spotrebu energie v dátových centrách pre umelú inteligenciu.

Zdroj: penntoday.upenn.edu foto: ChatGPT

Zobrazit Galériu