Компьютеры жгут. То есть, выделяют слишком много тепла и от этого «тормозят». Если бы инженерам удалось заметно снизить тепловыделение у микропроцессоров, компьютеры получили бы рост производительности без увеличения числа транзисторов на процессорах и прочих ухищрений.
Известно, что существует так называемый «предел охлаждения», рассчитанный Рольфом Ландауэром в 1960-х годах и подтвержденный экспериментально в 2012-м. Однако недавно исследователь из Группы сложных фотонных систем, работающей с составе института нанотехнологий MESA+ и Универститета Твенте (Голландия) Ян Клаерс, опубликовал научную работу, в которой доказывает, что выделения тепла процессорами можно уменьшить ниже предела Ландауэра.
Способ, который предложил Клаерс — это умная синхронизация логических операций и тепловых взаимодействий внутри микропроцессора. Ученый даже построил минималистичную механическую модель, представляющую собой однобитную память, на которой и продемонстрировал возможности такой синхронизации.
Новый путь для создания энергоэффективной электроники
Сегодня типичное тепловыделение и энергопотребление микропроцессоров имеет показатель примерно в 1000 раз выше, чем предел Ландауэра — есть куда стремиться. Ян Клаерс сообщил, что тепловыделение и энергопотребление у микропроцессоров имеет определенный ритм. Это смена так называемых «сжатых тепловых состояний». В свою очередь есть и определенный ритм у логических операций процессоров. Ученый предложил построить их работу таким образом, чтобы логические операции совершались в те промежутки времени, когда компоненты микропроцессора находятся в максимально «холодном» состоянии.
Клаерс рассчитал, что синхронизация логических операций с этими моментами, в теории может привести к уменьшению энергопотребления ниже предела Ландауэра. Теперь он сам и его коллеги думают над тем, как создать такую синхронизацию. А у комментаторов работы Клаерса сразу возникла надежда на то, что производительность электроники на уже существующем уровне технологий можно радикально увеличить. Некоторые уже начали задаваться вопросом: а если удастся реализовать идею Клаерса, будет ли достигнут функциональный предел производительности двоичных систем?