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.

 

Gerelateerd nieuws

Onderhoud sluizen en bruggen voorspeld door continue metingen

Onderhoud sluizen en bruggen voorspeld door continue metingen

Bruggen en sluizen die langer meegaan, minder energie verbruiken en minder vaak gestremd zijn. Dat is het resultaat als je beter kunt voorspellen wanneer onderhoud precies nodig is. In het programma Vitale Assets laten…

Nieuwe deeltjes ontdekken met behulp van zwarte gaten

Nieuwe deeltjes ontdekken met behulp van zwarte gaten

Sommige theorieën die verder gaan dan het Standaardmodel van de elementairedeeltjesfysica voorspellen dat er nieuwe, ultralichte deeltjes bestaan met veel kleinere massa’s dan die van de lichtste bekende deeltjes in…

Eenvoudige productiewijze gevonden voor bio-alternatief Pet

Eenvoudige productiewijze gevonden voor bio-alternatief Pet

Een van de meest succesvolle plastics is polyethyleentereftalaat (Pet), een product uit aardolie. Er bestaat een groen alternatief, gemaakt van furanen uit biomassa. Om die furanen te polymeriseren tot lange ketens zijn…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

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

Perfection in Automation

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

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

22 februari 2019, Neurenberg (De)

Embedded World 2019

Internationale beurs en conferentie over embedded technologies

26 februari 2019, D&F kantoor Breda

SIL & PL Specialist, machine safety met TÜV persoonscertificaat

Dé 6-daagse opleiding over functionele veiligheid!

Meer agendapunten »