Datacenter behandlar data och delar ut resultaten med häpnadsväckande hastigheter, och sådana robusta system kräver en betydande mängd energi - så mycket energi, faktiskt, att informationsteknologi beräknas stå för 20% av den totala energiförbrukningen i USA år 2020.

För att svara på detta krav, ett team av forskare från Japan och USA har utvecklat en ram för att minska energiförbrukningen samtidigt som effektiviteten förbättras. De publicerade sina resultat den 19 juli i Vetenskapliga rapporter , a Natur tidning.

"Den stora energiförbrukningen har blivit ett kritiskt problem i det moderna samhället, "sa Olivia Chen, motsvarande författare till uppsatsen och biträdande professor vid Institute of Advanced Sciences vid Yokohama National University. "Det finns ett brådskande krav på extremt energieffektiv datorteknik."

Forskargruppen använde en digital logikprocess som kallas Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). Tanken bakom logiken är att likström ska ersättas med växelström. Växelströmmen fungerar som både klocksignal och strömförsörjning - när strömmen växlar riktning, det signalerar nästa tidsfas för beräkning.

Logiken, enligt Chen, kan förbättra konventionell kommunikationsteknik med för närvarande tillgängliga tillverkningsprocesser.

"Dock, det saknas en systematisk, automatiskt syntesramverk för att översätta från logikbeskrivning på hög nivå till nätverksstrukturer för Adiabatic Quantum-Flux-Parametron-kretsar, "Chen sa, med hänvisning till de enskilda processorerna i kretsen. "I det här pappret, vi mildrar den klyftan genom att presentera ett automatiskt flöde. Vi visar också att AQFP kan uppnå en minskning av energianvändningen med flera storleksordningar jämfört med traditionell teknik. "

Forskarna föreslog en top-down-ram för beräkningsbeslut som också kan analysera sin egen prestanda. Att göra detta, de använde logisk syntes, en process genom vilken de leder informationen genom logiska grindar inom processorenheten. Logiska grindar kan ta in lite information och ge ett ja eller nej svar. Svaret kan få andra portar att svara och flytta processen framåt, eller sluta helt.

Med denna grund, forskarna utvecklade en beräkningslogik som tar hög förståelse för bearbetning och hur mycket energi ett system använder och sprider och beskriver det som en optimerad karta för varje grind i kretsmodellen. Från detta, Chen och forskargruppen kan balansera uppskattningen av den effekt som behövs för att bearbeta genom systemet och den energi som systemet släpper ut.

Enligt Chen, detta tillvägagångssätt kompenserar också för den kylenergi som behövs för supraledande teknik och minskar energiförlusten med två storleksordningar.

"Dessa resultat visar potentialen hos AQFP-teknik och applikationer för storskaliga, högpresterande och energieffektiva beräkningar, "Sa Chen.

I sista hand, forskarna planerar att utveckla ett helautomatiserat ramverk för att skapa den mest effektiva AQFP -kretslayouten.

"Syntesresultaten för AQFP-kretsar är mycket lovande när det gäller energieffektiva och högpresterande datorer, "Sade Chen." Med AQFP -tillverkningsteknikens framtida framsteg och mognad, vi förutser bredare applikationer som sträcker sig från rymdapplikationer till storskaliga datoranläggningar som datacenter. "