Vísindamenn þróa nýja leið til að auka orkunýtni snjalltölva

Vísindamenn frá Cockrell verkfræðiskólanum við háskólann í Texas í Austin hafa uppgötvað nýja leið til að auka orkunýtni snjalltölva. Þetta gerist á tímum þegar aukin þörf er fyrir orku til að vinna gríðarlegt magn af gögnum, sem er afleiðing nýþróaðrar tækni. 

Innviði tölva

Kísilflögur eru venjulega notaðar til að byggja upp innviðina sem knýr tölvur, en nýþróaða kerfið byggir á segulmagnaðir íhlutum í stað kísils. Kísilflögurnar eru farnar að ná takmörkunum sínum, vegna hluta eins og gervigreindar, sjálfkeyrandi bíla og 5G og 6G síma. Ný forrit krefjast meiri hraða, minni leynd og ljósgreiningar, allt krefst aukinnar orku. Vegna þessa er verið að skoða valkosti við sílikon. 

Með því að rannsaka eðlisfræði segulhlutanna fundu rannsakendur nýjar upplýsingar um hvernig hægt er að lækka orkukostnað. Þeir uppgötvuðu einnig leiðir til að draga úr kröfum um þjálfunarreiknirit, sem eru taugakerfi sem geta greint mynstur og myndir. 

Jean Anne Incorvia er lektor í rafmagns- og tölvuverkfræðideild Cockrell skólans. 

„Núna eru aðferðirnar til að þjálfa taugakerfi þín mjög orkufrekar,“ sagði Jean Anne Incorvia. „Það sem vinnan okkar getur gert er að draga úr þjálfunarátaki og orkukostnaði.

Niðurstöður rannsóknarinnar voru birtar í IOP nanótækni. 

Hliðlæg hindrun

Incorvia fékk til liðs við sig fyrsta höfundinn og annað árs framhaldsnemann Can Cui. Saman leiddu þeir rannsóknina og komust að því að getu gervi taugafruma, eða segulmagnaðir nanóvíra, til að keppa á móti hvor öðrum, er náttúrulega hægt að auka með því að dreifa þeim á ákveðinn hátt. Í þessum aðstæðum vinna þeir sem eru mest virkjaðir á endanum og áhrifin eru kölluð „hliðarhömlun“. 

Hliðlæg hömlun eykur venjulega kostnað og tekur meiri orku og pláss, vegna auka rafrása sem þarf í tölvum. 

Samkvæmt Incorvia er nýja aðferðin mun orkunýtnari en venjulegt reiknirit til bakútbreiðslu. Þegar sömu námsverkefni eru unnin er 20 til 30 sinnum orkuminnkun sem næst með aðferð rannsakenda. 

Þegar nýjar tölvur eru skoðaðar er líkt með þeim og mannsheilum. Líkt og hvernig heili manna inniheldur taugafrumur, innihalda tölvurnar gervi útgáfur. Hliðlæg hömlun á sér stað þegar hægari taugafrumum er komið í veg fyrir að skjóta af taugafrumum sem skjótast hratt. Þetta hefur í för með sér minni þörf fyrir orkunotkun við úrvinnslu gagna. 

Incorvia hefur gefið til kynna að það sé grundvallarbreyting að eiga sér stað í tölvum og hvernig þær starfa. Ein af nýju straumunum er kölluð neuromorphic computing, sem má líta á sem ferlið við að hanna tölvur til að hugsa eins og mannsheila. 

Nýþróuð snjalltæki eru hönnuð til að greina gríðarlegt magn af gögnum samtímis, frekar en að vinna úr einstökum verkefnum. Þetta er einn af grunnþáttum gervigreindar og vélanáms. 

Megináhersla þessarar rannsóknar var víxlverkun tveggja segultaugafrumna og víxlverkun margra taugafrumna. Liðið mun nú beita niðurstöðum sínum á stærri sett af mörgum taugafrumum. 

Rannsóknin var studd af National Science Foundation CAREER Verðlaun og Sandia National Laboratories. Auðlindir voru veittar af Texas Advanced Computing Center UT.