I data center elaborano i dati e distribuiscono i risultati a velocità sorprendenti, e tali sistemi robusti richiedono una quantità significativa di energia, tanta energia, infatti, che la tecnologia della comunicazione dell'informazione dovrebbe rappresentare il 20% del consumo totale di energia negli Stati Uniti entro il 2020.

Per rispondere a questa richiesta, un team di ricercatori dal Giappone e dagli Stati Uniti ha sviluppato un quadro per ridurre il consumo di energia migliorando l'efficienza. Hanno pubblicato i loro risultati il ​​19 luglio in Rapporti scientifici , un Natura rivista.

"La notevole quantità di consumo energetico è diventata un problema critico nella società moderna, " ha detto Olivia Chen, autore corrispondente del documento e assistente professore presso l'Institute of Advanced Sciences della Yokohama National University. "C'è un urgente bisogno di tecnologie informatiche estremamente efficienti dal punto di vista energetico".

Il team di ricerca ha utilizzato un processo logico digitale chiamato Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). L'idea alla base della logica è che la corrente continua dovrebbe essere sostituita con la corrente alternata. La corrente alternata funge sia da segnale di clock che da alimentazione, poiché la corrente cambia direzione, segnala la fase temporale successiva per l'elaborazione.

La logica, secondo Chen, potrebbe migliorare le tecnologie di comunicazione convenzionali con i processi di fabbricazione attualmente disponibili.

"Però, manca un sistematico, framework di sintesi automatica per tradurre dalla descrizione logica di alto livello alle strutture netlist del circuito Adiabatic Quantum-Flux-Parametron, "Chen ha detto, riferito ai singoli processori all'interno del circuito. "In questo documento, mitighiamo quel divario presentando un flusso automatico. Dimostriamo inoltre che AQFP può ottenere una riduzione del consumo energetico di diversi ordini di grandezza rispetto alle tecnologie tradizionali".

I ricercatori hanno proposto un quadro top-down per le decisioni informatiche che può anche analizzare le proprie prestazioni. Per fare questo, usavano la sintesi logica, un processo mediante il quale essi dirigono il passaggio di informazioni attraverso porte logiche all'interno dell'unità di elaborazione. Le porte logiche possono ricevere un po' di informazioni e fornire una risposta sì o no. La risposta può attivare altre porte per rispondere e far avanzare il processo, o fermarlo completamente.

Con questa base, i ricercatori hanno sviluppato una logica di calcolo che prende la comprensione di alto livello dell'elaborazione e della quantità di energia utilizzata e dissipata da un sistema e la descrive come una mappa ottimizzata per ogni porta all'interno del modello di circuito. Da questa, Chen e il team di ricerca possono bilanciare la stima della potenza necessaria per elaborare attraverso il sistema e l'energia che il sistema dissipa.

Secondo Chen, questo approccio compensa anche l'energia di raffreddamento necessaria per le tecnologie superconduttive e riduce la dissipazione di energia di due ordini di grandezza.

"Questi risultati dimostrano il potenziale della tecnologia e delle applicazioni AQFP per applicazioni su larga scala, calcoli ad alte prestazioni ed efficienza energetica, " disse Chen.

In definitiva, i ricercatori hanno in programma di sviluppare una struttura completamente automatizzata per generare il layout del circuito AQFP più efficiente.

"I risultati della sintesi dei circuiti AQFP sono molto promettenti in termini di efficienza energetica e calcolo ad alte prestazioni, " Ha detto Chen. "Con il futuro avanzamento e la maturità della tecnologia di fabbricazione AQFP, prevediamo applicazioni più ampie che vanno dalle applicazioni spaziali alle strutture informatiche su larga scala come i data center".