Большой процент энергии, используемой сегодня, потребляется в виде электроэнергии для обработки и хранения данных, а также для работы соответствующего оконечного оборудования и устройств. Согласно прогнозам, уровень энергии, используемой для этих целей, в будущем еще больше возрастет. Инновационные концепции, такие как нейроморфные вычисления, используют энергосберегающие подходы для решения этой проблемы.
В совместном проекте, предпринятом физиками-экспериментаторами и теоретиками из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU), был реализован такой подход, известный как броуновские резервуарные вычисления. Результаты также недавно были отмечены редакторами в разделе «Устройства» журнала Nature Communications.
Броуновские вычисления используют тепловую энергию окружающей среды
Броуновские резервуарные вычисления представляют собой комбинацию двух нетрадиционных методов вычислений. Броуновские вычисления используют тот факт, что компьютерные процессы обычно выполняются при комнатной температуре , поэтому есть возможность использовать окружающую тепловую энергию и, таким образом, сократить потребление электроэнергии.
Тепловая энергия, используемая в вычислительной системе , представляет собой в основном случайное движение частиц, известное как броуновское движение; что объясняет название этого вычислительного метода.
Резервуарные вычисления идеально подходят для исключительно эффективной обработки данных
Резервуарные вычисления используют сложную реакцию физической системы на внешние воздействия , что приводит к чрезвычайно ресурсоэффективному способу обработки данных. Большая часть вычислений выполняется самой системой, что не требует дополнительной энергии. Кроме того, этот тип пластового компьютера можно легко настроить для выполнения различных задач, поскольку нет необходимости настраивать твердотельную систему в соответствии с конкретными требованиями.
Команде под руководством профессора Матиаса Клауи из Института физики Университета Майнца при поддержке профессора Йохана Ментинка из Университета Радбауд в Неймегене в Нидерландах удалось разработать прототип, сочетающий эти два вычислительных метода. Этот прототип способен выполнять булевы логические операции, которые можно использовать в качестве стандартных тестов для проверки правильности вычислений коллектора.
Выбранная в данном случае твердотельная система состоит из тонких металлических пленок, обладающих магнитными скирмионами. Эти магнитные вихри ведут себя как частицы и могут приводиться в движение электрическими токами. На поведение скирмионов влияет не только приложенный ток, но и их собственное броуновское движение. Это броуновское движение скирмионов может привести к значительному увеличению экономии энергии, поскольку система автоматически перезагружается после каждой операции и готовится к следующему вычислению.
Первый прототип разработан в Майнце
Хотя в последние годы было разработано много теоретических концепций резервуарных вычислений на основе скирмионов, исследователям из Майнца удалось разработать первый функциональный прототип только при объединении этих концепций с принципом броуновских вычислений.
«Прототип легко изготовить с литографической точки зрения, и теоретически его можно уменьшить до размера всего нанометров», — сказал физик-экспериментатор Клаус Рааб. «Мы обязаны своим успехом прекрасному сотрудничеству между физиками-экспериментаторами и физиками-теоретиками здесь, в Университете Майнца», — сказал физик-теоретик Маартен Бремс.
Теги: магнит, энергия
