ENGINEERINGNET.BE - Computersystemen produceren erg veel warmte. Het energieverbruik terugdringen is daarmee een van de grote uitdagingen in informatietechnologie. Dat streven heeft een theoretische ondergrens die geformuleerd is door Rolf Landauer in 1961.
IBM wetenschapper Landauer publiceerde in dat jaar 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 af van de temperatuur, en koppelt de wetten van de thermodynamica aan de informatietheorie. Voor de huidige generatie computers komt die ondergrens nog niet in zicht, maar in de komende decennia kan dat snel veranderen.
Jan Klaers, van het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente, laat nu zien dat als je de timing van computeracties en temperatuur op een slimme manier synchroniseert, je onder de limiet van Landauer kunt duiken. De nieuwe theorie kan elektronica opleveren die meer energie-efficiënt is.
De vele logische operaties die plaatsvinden in een computer laten een complex temperatuurprofiel zien. Dat is niet vreemd, want de temperatuurverandering die door één operatie plaatsvindt, wordt ook gevoeld in de logische ‘gates’ eromheen.
Nu hebben temperatuur en energieverbruik 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.
Als je dus steeds precies op de bodem van de temperatuurgrafiek zit, 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. Verder onderzoek moet uitwijzen hoe je de temperatuur in de praktijk synchroniseert en welke energiewinst is te boeken.
