بلاگ

چرا محاسبات به هيچ وجه انرژي مصرف مي كند؟

پردازش اطلاعات انرژي مي گيرد. هنگام استفاده از دستگاه الكترونيكي براي تماشاي تلويزيون ، گوش دادن به موسيقي ، مدل سازي آب و هوا يا هر كار ديگري كه نياز به پردازش اطلاعات دارد ، ميليون ها و ميليون ها محاسبه باينري در پس زمينه در جريان هستند. صفرها وجود دارد و مواردي وجود دارد كه با سرعت باورنكردني تقسيم مي شوند ، اضافه مي شوند ، ضرب مي شوند و تقسيم مي شوند.

اين واقعيت كه يك ريزپردازنده مي تواند ميلياردها بار در ثانيه اين محاسبات را انجام دهد دقيقاً به همين دليل است كه كامپيوترها زندگي ما را متحول كرده اند.

اما پردازش اطلاعات به صورت رايگان انجام نمي شود. فيزيك به ما مي گويد كه هر بار كه ما يك عمل را انجام مي دهيم - براي مثال ، دو عدد را با هم اضافه مي كنيم - بايد هزينه انرژي را بپردازيم.

و هزينه انجام محاسبات تنها هزينه انرژي اجراي كامپيوتر نيست. در حقيقت ، هر كسي كه تاكنون از لپ تاپ استفاده كرده است و روي پاهاي خود متعادل است ، تصديق مي كند كه بيشتر انرژي به گرما تبديل مي شود. اين گرما ناشي از مقاومت است كه الكتريسيته هنگام عبور از يك ماده با آن روبرو مي شود.

اين انرژي تلف شده به دليل مقاومت الكتريكي است كه محققان اميدوارند به حداقل برسند.

پيشرفت هاي اخير به راه حل ها اشاره دارد

اجراي رايانه هميشه مقداري انرژي مصرف مي كند ، اما ما از كامپيوترهايي كه به همان اندازه قوانين فيزيك اجازه مي دهد ، دور هستيم (چندين مرتبه از بزرگي). چندين پيشرفت اخير به ما براي راه حلهاي كاملاً جديد براي حل اين مشكل از طريق مواد جديد و مفاهيم جديد اميدوار است.

مواد بسيار نازك

يك قدم اخير در علم فيزيك و مواد قادر به ساخت و كنترل موادي است كه ضخامت آنها فقط يك يا چند اتم است. هنگامي كه يك ماده چنين لايه نازكي را تشكيل مي دهد ، و حركت الكترون ها در اين ورقه محدود مي شود ، امكان عبور برق بدون مقاومت وجود دارد.

طيف وسيعي از مواد مختلف وجود دارد كه اين ويژگي را نشان مي دهد (يا ممكن است آن را نشان دهد). تحقيقات ما در مركز ARC براي فن آوري هاي الكترونيكي كم انرژي در آينده ( FLEET ) بر روي مطالعه اين مواد متمركز شده است.

مطالعه اشكال

همچنين يك جهش مفهومي هيجان انگيز وجود دارد كه به ما كمك مي كند تا اين خاصيت جريان الكتريسيته را بدون مقاومت درك كنيم.

اين ايده از شاخه اي از رياضيات به نام "توپولوژي" ناشي مي شود. توپولوژي به ما مي گويد چگونه مي توان شكلها را مقايسه كرد: چه چيزي آنها را يكسان مي كند و چه چيزي آنها را متفاوت مي كند.

يك فنجان قهوه ساخته شده از خاك رس نرم. مي توانيد به آرامي اين شكل را له كرده و فشار دهيد تا جايي كه به نظر برسد. سوراخ دسته دسته فنجان به سوراخ در شيريني تبديل مي شود و بقيه فنجان خرد مي شود تا بخشي از دونات شود.

توپولوژي به ما مي گويد دونات و فنجان هاي قهوه معادل آن هستند زيرا مي توانيم بدون بريدن ، سوراخ كردن سوراخ هاي موجود در آن يا اتصال قطعات به يكديگر ، يكي را به ديگري تغيير شكل دهيم.

معلوم است كه قوانين عجيب و غريب حاكم بر نحوه جريان برق در لايه هاي نازك را مي توان از نظر توپولوژي درك كرد. اين بينش مورد توجه جايزه نوبل 2016 قرار گرفت و تحقيقات زيادي را در زمينه فيزيك و مهندسي انجام داده است.

ما مي خواهيم از اين مواد و بينش هاي جديد استفاده كنيم تا نسل بعدي وسايل الكترونيكي كم مصرف را توسعه دهيم ، كه بر اساس علم توپولوژي خواهد بود تا جريان برق با حداقل مقاومت جريان يابد.

اين كار امكان تداوم پايدار انقلاب فناوري اطلاعات - بدون هزينه هنگفت انرژي را ايجاد مي كند.