EO

Slimme timing kan warmteproductie computers terugdringen

29 januari 2019 om 14:09 uur

Computersystemen produceren erg veel warmte. Datacenters staan vol ventilatoren, ook onze smartphone kan flink opwarmen. Het energieverbruik terugdringen is daarmee een van de grote uitdagingen in informatietechnologie. Maar dat streven heeft een theoretische ondergrens die al geformuleerd is door Rolf Landauer in de jaren 60 van de vorige eeuw. Deze ondergrens hangt af van de temperatuur. Jan Klaers van de UT laat nu zien dat als je de timing van computeracties en temperatuur op een slimme manier synchroniseert, je ónder de limiet van Landauer kunt duiken.


De nieuwe theorie, gepresenteerd in Physical Review Letters, kan elektronica opleveren die meer energie-efficiënt is.


Lang voor de grootschalige introductie van computersystemen, in 1961, publiceerde IBM wetenschapper Rolf Landauer (1927-1999) zijn beroemde artikel over de minimum energie die nodig is om een bit te wissen, dus om te zetten van ‘1' naar ‘0'. Deze minimum energie hangt volgens ‘Landauers erasure principle' af van de temperatuur en koppelt de wetten van de thermodynamica aan de informatietheorie. Vele jaren later, in 2012, bevestigden experimenten gepubliceerd in Nature de theorie nog eens.


De huidige generatie computers gebruikt nog het duizendvoudige van de ondergrens. Maar in de komende decennia kan dat snel veranderen. Bereiken computers dan een fundamentele ondergrens?


In zijn nieuwe paper laat Jan Klaers zien dat het energieverbruik is terug te dringen door de computeracties en temperatuur op een slimme manier te synchroniseren. Dan is voor het wissen van een bit minder energie nodig, zelfs minder dan de Landauerlimiet.

 

Temperatuurdal benutten

Als we kijken naar de vele logische operaties die plaatsvinden in een computer, geeft dit een complex temperatuurprofiel te zien. Dat is niet vreemd, want de temperatuurverandering die door één operatie plaatsvindt, wordt ook gevoeld in de logische ‘gates' eromheen. Ondanks de complexiteit, is een ding wel duidelijk: temperatuur en energieverbruik hebben hetzelfde ‘ritme' als de klok van de processor. Ze heten ‘squeezed' thermische toestanden. Zo kan het gebeuren dat je voor een en dezelfde actie minder energie verbruikt. Een kwestie van timing, aldus Klaers: ga steeds precies op de bodem van de temperatuurgrafiek zitten, dan kun je het systeem hetzelfde laten doen op lagere temperatuur en kost het zelfs minder energie dan Landauer voorspelde.


Hiervoor heeft Klaers een minimalistisch mechanisch model onderzocht dat een 1-bit geheugen voorstelt. Het experiment lijkt sterk op het experiment dat Landauer zelf uitvoerde om zijn principe aan te tonen. Dit is de fundamentele basis, aldus Klaers, verder onderzoek moet uitwijzen hoe je de temperatuur in de praktijk synchroniseert en welke energiewinst is te boeken.

 

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
MVK Fusion - 3 modules in 1

Murrelektronik introduceert een PROFINET/PROFIsafe module welke drie basisfuncties in één module verenigt:

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

16 juni 2020, online

Power Electronics event

Het doel van dit event is de diversiteit van toepassingen, innovaties en kennis te presenteren op het...

16 juni 2020, Veldhoven

Business Software Event 2020

‘Boost your business with connected software & smart data’. Dat is het thema van het Business...

17 juni 2020, Vianen

Industrial Ethernet Event

Hoe kun je het maximale uit Industrial Ethernet halen?

Meer agendapunten »