数学与计算

“压缩的热态”可以使计算机更节能

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-12 12:04

通过将数据位嵌入压缩的热环境中,可以成倍地减少擦除数据位的能源成本。这是荷兰特温特大学的Jan Klaers的结论,他研究了一个简单的模型,该模型包含被困在盒子中的粒子。 他说,该过程可以应用于实际计算机,这些计算机的温度波动很大,可能导致热环境受到挤压。通过定时在波动周期中的某些时

  通过将数据位嵌入“压缩的热环境”中,可以成倍地减少擦除数据位的能源成本。这是荷兰特温特大学的Jan Klaers的结论,他研究了一个简单的模型,该模型包含被困在盒子中的粒子。

“压缩的热态”可以使计算机更节能

  他说,该过程可以应用于实际计算机,这些计算机的温度波动很大,可能导致热环境受到挤压。通过定时在波动周期中的某些时间进行计算操作,可以显着减少执行计算机操作所需的能量。

  在接近热平衡的系统中擦除一点信息将消耗最少的能量。这是由Rolf Landauer在1961年提出的,但直到2012年才通过实验得到证实。如今,电子钻头的散热量比Landauer极限高出一千倍。但是,每位能耗正在下降,并且在未来几十年内将达到Landauer的极限。

  活塞和隔板

  在他的计算中,Klaers使用了一个简单的位理论模型,该模型由一个二次电势箱中的一个粒子组成,该粒子由一个隔板分成两半。框的左侧和右侧分别对应于逻辑状态0和1。擦除过程始于以逻辑状态1将粒子限制在盒子的右侧。然后将屏障放下,粒子可以在盒子中自由移动。接下来,活塞将粒子推向左侧,并且屏障再次出现,将粒子限制在左侧(0)侧。

  Klaers通过考虑对处于压缩热态的粒子进行位擦除来找到一种超越Landauer极限的方法。这是一种状态,其中颗粒动量的热波动减小,而其位置的波动增大。挤压的热态本质上是非平衡的,以前被认为是克服其他基本热力学极限(例如卡诺发动机效率)的手段。

  通过用规则振动的外力驱动钻头使其处于挤压状态,该外力也具有噪声分量。根据Klaers所说,计算机中的现实生活中也有这种情况。他解释说:“像CPU这样的周期性驱动系统很自然会在其热环境中产生挤压。”

  压缩因子

  克莱尔斯(Klaers)计算得出,擦除一点所散发的热量会随时间波动。振荡的幅度是“压缩因子”的指数函数,“压缩因子”是表征非平衡压缩状态的参数。这表明,如果对擦除进行适当的定时,则与不进行压缩相比,可以使用更少的能量来完成擦除。

  Klaers说,实际上在计算机上实现此过程仍然遥遥领先,他现在计划开发可真实描述CPU中热量流的模型。Klaers希望发现实际CPU中的压缩效应有多大,计算能量的消耗减少了多少。他期待着解决的另一个问题是,在实际计算机的位擦除定时中,要求什么精度等级。

  这项研究为高能效计算提供了令人兴奋的未来。尽管应用尚未掌握,但Klaers表示,该技术已经存在,可以在纳米粒子系统中通过实验再现他的结果。

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