Teadlased tahavad teha kiibid 100 korda säästlikumaks, kasutades elektrilaengu kõrval mehaanilist deformatsiooni
Transistoride probleem on energia
Tänapäeva protsessorid töötlevad informatsiooni miljardite transistoridega, mis lülitavad elektrilisi olekuid. Transistoride mõõtmete vähenemine on aastakümneid kasvatanud jõudlust, kuid energiakulu ja soojuse eraldumine piiravad järjest enam edasist arengut.
Georgia Techi Asif Khani juhitud meeskond uurib teistsugust lähenemist. Nende MEFA ehk Mechanically Amplified Ferroic-Actuated loogika kasutab informatsiooni edastamiseks ja töötlemiseks nanomõõtmelist mehaanilist deformatsiooni koos elektriliste nähtustega.
Põhimõte on üllatavalt lihtne: arvuti jaoks pole oluline, kas kahte loogilist olekut esindavad elektrilaeng, valgus, magnetism või materjali deformatsioon. Oluline on, et süsteem suudaks usaldusväärselt eristada nulli ja ühte.
Elektrisignaal paneb materjali füüsiliselt muutuma
MEFA ühendab piesoelektrilisi ja ferroelektrilisi materjale. Elektriväli tekitab materjalis mehaanilise deformatsiooni, mida konstruktsioon võimendab ning kasutab järgmise loogilise oleku juhtimiseks.
Sellise hübriidse lähenemise mõte on teha osa tööst mehaaniliselt, vähendamaks elektrilise ümberlülitamise energiakulu. Teadlased uurivad samal ajal, kuidas mehaaniline pinge parandab elektronide liikumist pooljuhtmaterjalides.
DARPA Fast and Curious programmi eesmärk on jõuda loogikalülitusteni, mis vajaksid arvutuseks vähemalt 100 korda vähem energiat kui praegused tipptasemel tehnoloogiad.
See vahe on oluline. Praegu pole olemas MEFA-protsessorit, mis jooksutaks Windowsit või treeniks tehisintellekti 100 korda väiksema energiakuluga. Tegemist on uurimisprogrammiga ning 100-kordne paranemine on siht, mitte juba mõõdetud valmisprotsessori tulemus.
Tehisintellekt muudab energiakulu kriitiliseks
Ajastus pole juhuslik. AI kiirendite arvutusvõimsus ja energiavajadus kasvavad kiiresti ning andmekeskustes muutub elektritarve koos jahutusega üheks olulisemaks piiranguks.
Kui MEFA-sarnane tehnoloogia jõuaks tööstusliku tootmiseni ja saavutaks DARPA seatud eesmärgi, võiks mõju ulatuda telefonidest superarvutite ning AI-andmekeskusteni. Väiksem energiakulu tähendaks ühtlasi vähem soojust ja lihtsamat jahutust.
Samas seisab tehnoloogia ees pikk tee. Uus loogikaprintsiip peab töötama miljardite elementidega, väga suurel taktsagedusel ja aastaid järjest ning sobima pooljuhtide masstootmisega. Just nende nõuete tõttu jõuavad paljud laborites paljulubavad transistorite alternatiivid päris protsessoritesse väga aeglaselt.
Seetõttu pole 100 korda säästlikum protsessor veel ukse ees. Georgia Techi projekt on huvitav hoopis seetõttu, et üritab murda üht arvutitehnika fundamentaalset eeldust: informatsiooni töötlemiseks ei pea tingimata lootma ainult elektrilaengu liigutamisele.
