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O futuro dos circuitos ‘extremamente’ energeticamente eficientes

Os datacenters estão processando dados e distribuindo os resultados a taxas surpreendentes, e esses sistemas robustos requerem uma quantidade significativa de energia – tanta energia que, de fato, é projetado que a tecnologia de comunicação da informação represente 20% do consumo total de energia nos Estados Unidos até 2020.

Para atender a essa demanda, uma equipe de pesquisadores do Japão e dos Estados Unidos desenvolveu uma estrutura para reduzir o consumo de energia e melhorar a eficiência. Eles publicaram seus resultados em 19 de julho no Scientific Reports , um jornal da Nature . “A quantidade significativa de consumo de energia se tornou um problema crítico na sociedade moderna”, disse Olivia Chen, autora correspondente do artigo e professora assistente do Instituto de Ciências Avançadas da Universidade Nacional de Yokohama. “Há um requisito urgente para tecnologias de computação extremamente eficientes em energia”.

A equipe de pesquisa usou um processo de lógica digital chamado Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). A idéia por trás da lógica é que a corrente contínua deve ser substituída por corrente alternada. A corrente alternada atua como o sinal do relógio e a fonte de alimentação – conforme a corrente muda de direção, ela sinaliza a próxima fase do tempo para a computação.

A lógica, segundo Chen, poderia melhorar as tecnologias de comunicação convencionais com os processos de fabricação atualmente disponíveis.

“No entanto, carece de uma estrutura de síntese automática e sistemática para converter da descrição lógica de alto nível para as estruturas de netlist do circuito Adiabatic Quantum-Flux-Parametron”, disse Chen, referindo-se aos processadores individuais dentro do circuito. “Neste artigo, atenuamos essa lacuna apresentando um fluxo automático. Também demonstramos que o AQFP pode obter uma redução no uso de energia em várias ordens de magnitude em comparação às tecnologias tradicionais”.

Os pesquisadores propuseram uma estrutura de cima para baixo para decisões de computação que também podem analisar seu próprio desempenho. Para fazer isso, eles usaram síntese lógica, um processo pelo qual direcionam a passagem de informações através de portas lógicas dentro da unidade de processamento. Os portões lógicos podem captar um pouco de informação e gerar uma resposta sim ou não. A resposta pode acionar outros portões para responder e avançar o processo ou pará-lo completamente.

Com essa base, os pesquisadores desenvolveram uma lógica de computação que leva ao entendimento de alto nível do processamento e quanta energia um sistema usa e dissipa e o descreve como um mapa otimizado para cada porta do modelo de circuito. A partir disso, Chen e a equipe de pesquisa podem equilibrar a estimativa de energia necessária para processar através do sistema e a energia que o sistema dissipa.

Segundo Chen, essa abordagem também compensa a energia de resfriamento necessária para as tecnologias de supercondutores e reduz a dissipação de energia em duas ordens de magnitude.

“Esses resultados demonstram o potencial da tecnologia e aplicativos AQFP para cálculos em larga escala, alto desempenho e economia de energia”, afirmou Chen.

Por fim, os pesquisadores planejam desenvolver uma estrutura totalmente automatizada para gerar o layout do circuito AQFP mais eficiente.

“Os resultados da síntese dos circuitos AQFP são altamente promissores em termos de computação com eficiência energética e alto desempenho”, disse Chen. “Com o futuro avanço e maturidade da tecnologia de fabricação do AQFP, antecipamos aplicativos mais amplos, desde aplicativos espaciais até instalações de computação em larga escala, como data centers “.