极节能电路的未来

数据中心正在以惊人的速度处理数据并分发结果，而如此健壮的系统需要大量的能源——如此多的能源，事实上，到2020年信息通信技术预计将占总能源消耗的20%。

为了满足这一需求，来自和的一组研究人员开发了一个框架来减少能源消耗，同时提高效率。他们于7月19日在自然杂志《科学报告》上发表了研究结果。

“大量的能源消耗已经成为现代社会的一个关键问题，”该论文的通讯作者、横滨国立大学高级科学研究所的助理教授Olivia Chen说。“我们迫切需要极其节能的计算技术。”

研究小组使用了一种称为绝热量子通量参数化(AQFP)的数字逻辑过程。这个逻辑背后的思想是应该用交流电代替直流电。交流电既是时钟信号又是电源——当电流转换方向时，它为下一个计算时间阶段发出信号。

陈认为，这种逻辑可以利用现有的制造工艺改进传统的通信技术。

“然而，目前还缺乏一个系统的、自动的综合框架来将高级逻辑描述转化为绝热量子通量参数化电路netlist结构，”陈说，他指的是电路中的各个处理器。在本文中，我们通过呈现一个自动流来缓解这种差距。我们还证明，与传统技术相比，AQFP可以减少几个数量级的能源消耗。”

研究人员提出了一个自顶向下的计算决策框架，该框架还可以分析其自身的性能。为了做到这一点，他们使用了逻辑合成，通过这个过程，他们引导信息通过处理单元内的逻辑门。逻辑门可以接收少量信息并输出一个是或否的答案。答案可以触发其他门来响应并推动进程前进，或者完全停止它。

在此基础上，研究人员开发了一种计算逻辑，它采用了对处理和系统消耗和消耗多少能量的高级理解，并将其描述为电路模型中每个门的优化映射。由此，Chen和研究团队可以平衡系统处理所需的功率估算和系统消耗的能量。

据陈，这种方法还补偿了超导技术所需的冷却能量，并将能量耗散降低了两个数量级。

陈说:“这些结果显示了AQFP技术的潜力，以及它在大规模、高性能和节能计算中的应用。”

最后，研究人员计划开发一个全自动的框架来生成最有效的AQFP电路布局。

“AQFP电路的合成结果在节能和高性能计算方面是很有前途的，”陈说。“随着未来AQFP制造技术的发展和成熟，我们期待更广泛的应用，从空间应用到大型计算设施，如数据中心。”