ریزتراشههای جدید آلمانی: کاهش مصرف انرژی با الهام از مغز انسان
ریزتراشههای جدید آلمانی: کاهش مصرف انرژی با الهام از مغز انسان
هدف این فناوری، کاهش چشمگیر نیاز به انرژی در محاسبات مدرن است. این گروه پژوهشی اعلام کرده است که در حال کار بر روی اجزای الکترونیکی ابررسانا در پروژه neuroNODE میباشد.
این اجزا با استفاده از پالسهای الکتریکی کوتاه، اطلاعات را پردازش میکنند. پالسهایی که شباهت زیادی به نحوه انتقال سیگنالها در مسیرهای عصبی انسان دارند.
بر اساس این تحقیق، با اجتناب از جریان مداوم الکتریکی که در تراشههای سیلیکونی سنتی استفاده میشود، این روش میتواند سرعت پردازش را افزایش داده و مصرف انرژی را بهطور قابل توجهی کاهش دهد.
دکتر هانس توپفر، سرپرست پروژه، میگوید: «زمانی که این فناوری در مراکز داده مورد استفاده قرار گیرد و به مرور زمان بهبود یابد، پیشبینی میکنم که برای همان میزان توان پردازشی، تنها به نصف انرژی فعلی نیاز داشته باشیم».
این پروژه بهویژه بهدنبال مقابله با افزایش سریع ترافیک دادههای جهانی است که بهدلیل استفاده گسترده از گوشیهای هوشمند، خدمات ابری، پلتفرمهای استریمینگ و هوش مصنوعی، صورت گرفته است.
این در حالی است که استفاده روزافزون از این تکنولوژیها تقاضای برق را به سطوح بیسابقهای رسانده است.
گفته میشود که در حال حاضر، آموزش مدلهای بزرگ زبان به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد. بهعنوان مثال، تنها آموزش ChatGPT-4 حدود ۵۰ میلیون کیلوواتساعت برق مصرف کرده است که معادل مصرف برق بیش از ۱۰ هزار خانواده سهنفره برای یک سال کامل است.
همچنین، طبق تخمینها در ایالاتمتحده، مصرف برق در اپلیکیشنهای فناوری اطلاعات طی ۸ سال گذشته بهدلیل گسترش هوش مصنوعی دو برابر شده است.
پژوهشگران از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا پیشبینی کردهاند که بیش از نیمی از برق مصرفی در مراکز داده تا سال ۲۰۲۸ صرف هوش مصنوعی خواهد شد.
این روند باعث ایجاد بحران در انقلاب دیجیتال شده است؛ زیرا تقاضای انرژی به سرعت در حال افزایش است و دیگر نمیتوان آن را تأمین کرد. تراشههای سیلیکونی سنتی که حتی در حالت بیکار نیز انرژی مصرف میکنند، به یک محدودیت بحرانی تبدیل شدهاند.
به همین دلیل، پژوهشگران در سراسر جهان در حال جستجو برای یافتن فناوریهای میکروالکترونیکی جایگزین هستند که مصرف انرژی بسیار کمتری دارند.
برای مقابله با این چالش، تیم تحقیقاتی از اول ژانویه، توسعه مدارهای ابررسانای جدید را آغاز خواهد کرد.
این مدارها که نخستین بار توسط ریاضیدان و فیزیکدان مجار-آمریکایی جان فون نویمان در دهه ۱۹۵۰ پیشبینی شدند، از اثرات کوانتومی برای انتقال دادهها با استفاده از پالسهای ولتاژ فوقالعاده کوتاه بهره میبرند.
این روش مبتنی بر پالس بهطور چشمگیری مشابه نحوه انتقال سیگنالها در مسیرهای عصبی انسان است.
در زیستشناسی، این نوع سیگنالدهی بسیار کارآمد است، چراکه مغز انسان تنها با مصرف حدود ۲۰ وات انرژی قادر به انجام وظایف پیچیده شناختی است، در حالی که این وظایف هنوز برای پیشرفتهترین کامپیوترهای امروز چالشبرانگیز بهشمار میروند.
این گروه پژوهشی با ترجمه این اصل به میکروالکترونیک، بهدنبال ساخت اجزایی هستند که تنها زمانی انرژی مصرف کنند که سیگنالی پردازش میشود. اگر این فناوری بهطور موفقیتآمیز در مراکز داده بهکار گرفته شود و به مرور زمان بهبود یابد، میتواند مصرف انرژی مورد نیاز برای همان عملکرد پردازشی را تا ۵۰ درصد کاهش دهد.
دکتر توپفر میگوید: «زمانی که کامپیوترهای کوانتومی بهطور کامل عملیاتی شوند، بلوکهای ساختاری که توسط گروه پیشرفته الکترومغناطیس دانشگاه ایلمنو توسعه یافتهاند، برای اتصال تعداد زیادی از اجزا بدون تداخل ضروری خواهند بود».
وی تأکید دارد که زمانبندی این پروژه بسیار حساس است، زیرا این فناوری برای عملکرد صحیح کامپیوترهای کوانتومی اهمیت حیاتی دارد.
طبق پیشبینی برنامهریزان فناوری در ایالاتمتحده، ماژولهای الکترونیکی ابررسانای نوری از حدود سال ۲۰۳۵ به امری اجتنابناپذیر تبدیل خواهند شد.
