sábado, 19 de março de 2016

Computadores eficientes precisarão ser magnéticos


O bit magnético, medindo 90 nanômetros, é visto na forma de um ponto brilhante (Norte) e um ponto escuro (Sul). O "H" mostra a direção do campo magnético aplicado para inverter seu valor.



Dissipação fundamental

Em um avanço importante para uma computação energeticamente eficiente, engenheiros da Universidade da Califórnia em Berkeley comprovaram pela primeira vez que chips magnéticos poderão operar com o menor nível fundamental de dissipação de energia possível de acordo com as leis da termodinâmica. Isto significa que é possível conseguir reduções dramáticas no consumo de energia - tanto quanto usar apenas um milionésimo da energia gasta por operação pelos transistores dos computadores atuais.

Isto é crítico tanto para os aparelhos móveis e suas baterias, quanto para a "nuvem", com a gigantesca demanda de eletricidade dos enormes centros de dados que a viabiliza.

Computação magnética

A computação magnética emergiu como um candidato promissor nos últimos anos porque os bits magnéticos são diferenciados por direção, gastando a mesma energia para fazê-los apontar para a esquerda ou para a direita. "São dois estados de energia iguais, por isso não desperdiçamos energia criando um estado de alta e [outro estado] de baixa energia," esclarece o professor Jeffrey Bokor, coordenador da equipe. Em 2011, o mesmo grupo publicou uma teoria demonstrando que processadores magnéticos poderiam atingir o limite físico da eficiência.

Agora eles demonstraram isso experimentalmente.

Limite de Landauer

Na prática, a equipe testou e confirmou o limite de Landauer, um termo em homenagem a Rolf Landauer, que em 1961 descobriu que, em qualquer computador, cada operação de um único bit deve gastar uma quantidade mínima absoluta de energia. A descoberta de Landauer é baseada na segunda lei da termodinâmica, que estabelece que, conforme qualquer sistema físico é alterado, passando de um estado de maior concentração para uma menor concentração, ele torna-se cada vez mais desordenado. Essa perda de ordem é chamada entropia, e sai do sistema como calor residual.

Landauer desenvolveu uma fórmula para calcular este limite inferior de energia necessária para uma operação computacional. O resultado depende da temperatura do computador; a temperatura ambiente, o limite atinge cerca de 3 zeptojoules, ou um centésimo da energia dissipada por um único átomo quando ele emite um fóton de luz.

Eficiência energética é possível

A equipe usou uma técnica inovadora para medir a minúscula quantidade de dissipação de energia gerada pela inversão de um bit nanomagnético. Eles usaram um laser para rastrear cuidadosamente a direção que o bit estava apontando conforme um campo magnético externo era usado para girar o alinhamento do ímã para "cima" e para "baixo" ou vice-versa.

Os dados mostram que são necessários apenas 15 milielétron-volts de energia - o equivalente a 3 zeptojoules - para inverter um bit magnético a temperatura ambiente, demonstrando efetivamente o limite de Landauer. Ainda é uma prova de princípio, e efetivamente poder comprar processadores magnéticos nas lojas ainda deverá demorar algum tempo.

Mas a equipe observa em seu artigo que "a significância deste resultado é que os computadores de hoje estão longe do limite fundamental e que futuras reduções drásticas no consumo de energia são possíveis."


Fonte: Inovação Tecnológica

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