"Холодные" микросхемы из Флориды, Hi-Tech

Компьюлента. 9 декабря 2003 года, 11:43

В то время как инженеры ведущих процессорных компаний уделяют все больше внимания проблемам тепловыделения современных процессоров, ученые из Флоридского университета в Гейнсвилле пытаются разработать принципиально новую архитектуру микросхемы, которая радикально уменьшит тепловыделение.

Тепловыделение новых процессоров семейства Athlon и Pentium достигает почти 100 Вт при площади кристалла процессора около одного квадратного сантиметра. Немногим отстают от них и видеочипы. Например, для того чтобы стереть в ячейке памяти единицу и записать туда ноль, требуется "закоротить" выходы. Это вызывает утечку тока и понижение напряжения в ячейке с уровня логической единицы до уровня логического нуля, с одновременным выделением тепла. Более того, в некоторых быстродействующих типах памяти информация в ходе каждого такта стирается, а затем перезаписывается заново. Из-за этого энергопотребление микропроцессоров и достигает сегодня огромных величин.

Тепловыделение и энергопотребление являются одними из главных препятствий на пути к повышению тактовой частоты процессоров, добавляя внутрь современного компьютера почти килограмм различных кулеров, издающих при работе звук, подобный шуму древнего пылесоса.

В качестве решения этой проблемы ученые предлагают использовать так называемые обратимые вычисления (reversible computing). Идея обратимых вычислений предполагает, что для получения в ячейке памяти нуля вместо единицы не обязательно выделять всю энергию в виде тепла. Ячеек памяти в современной микросхеме великое множество, и в то время как в одних ячейках единица заменяется на ноль, примерно в том же количестве ячеек памяти проходит обратный процесс - нужно лишь передать энергию одних ячеек другим, и проблема тепловыделения отпадет. Еще один схожий подход, которого пока придерживаются ученые, заключается в дополнении каждой ячейки памяти специальным накопителем, который будет принимать у ячейки лишнюю энергию и отдавать ее в случае необходимости. Таким образом, накопленная в ячейке памяти энергия не будет всякий раз выделяться в виде тепла, а будет "путешествовать" из ячейки памяти в накопитель и обратно, с относительно небольшими потерями.

Как сообщает Майкл Фрэнк, доцент Флоридского университета, ученым уже удалось привлечь к своим разработкам внимание корпорации IBM. Получены первые рабочие образцы "холодных" чипов, которые, согласно некоторым прогнозам, со временем, могут в тысячи раз превзойти традиционные микросхемы по производительности и экономичности.