2 مه 2022 -توسط دانشگاه پرینستون
محققان پرینستون با همکاری اینتل، گوگل و همکارانش در کالج دارتموث، فناوری را برای تامین انرژی کامپیوترهای با کارایی بالا به طور کامل بازطراحی کردند و در نتیجه سیستم هایی را به وجود آوردند که انتقال انرژی را 10 برابر بیشتر از وضعیت فعلی فعلی افزایش می دهند.
تقاضا برای قدرت در نهایت از تقاضا برای محاسبات ناشی می شود. با توجه به اینکه طراحان مدارهای بیشتری را در بخش‌های میکروسکوپی ریزتراشه‌ها جمع می‌کنند، نیرویی که به خوشه‌های کوچکی از مدارها منتقل می‌شود به سطوحی معادل با داخل یک راکتور هسته‌ای نزدیک می‌شود. مهندسان مقدار توان تحویل شده به یک منطقه را چگالی توان می نامند. چگالی توان ابرکامپیوترها نه به دلیل نیازهای محاسباتی بلکه به دلیل فضاهای کوچک تراشه های کامپیوتری در حال رسیدن به سطوح هسته ای است.
ثابت شده است که این تقاضا برای قدرت بسیار کنترل شده محدودیتی برای طراحان تراشه و چالشی بزرگ برای مهندسین الکترونیک قدرت است. ارسال مقادیر زیادی برق به مناطق کوچک باعث تولید گرما می شود که نه تنها کارآمد نیست، بلکه می تواند برای اجزای کامپیوتر کشنده باشد.
مینجی چن، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر و رهبر تیم تحقیقاتی پرینستون، می‌گوید: «باید با نویز بسیار کم بسیار کارآمد باشد، دقیقاً تا یک ناحیه بسیار کوچک کنترل شود». “اگر راندمان به اندازه کافی بالا نباشد، بیش از حد گرم می شود. اگر قطعات بیش از حد گرم شوند، نمی توانید برق را تحویل دهید.”
در میان سایر زمینه ها، چن گفت که تیم تحقیقاتی او بر توسعه «کوچکتر، هوشمندتر و کارآمدتر الکترونیک قدرت برای کاربردهای نوظهور و مهم» تمرکز کرده است. اگرچه نسل‌های جدید تراشه‌ها و مدارها بیشترین توجه را به خود جلب می‌کنند، تحویل برق یک عنصر حیاتی در طراحی سیستم‌های کامپیوتری است. همانطور که چن اشاره می‌کند، برای پشتیبانی از سیستم‌های هوش مصنوعی پیشرفته‌تر، انتقال انرژی بهتر برای تلفن‌های هوشمند کوچکتر و سایر دستگاه‌ها، مراکز سرور کارآمدتر و پردازنده‌های پیشرفته مورد نیاز است. این گروه همچنین فراتر از سیستم‌های کامپیوتری به دنبال طرح‌های قابل برنامه‌ریزی آرایه‌های انرژی خورشیدی، شبکه هوشمند و سایر زیرساخت‌های حیاتی است.
در جدیدترین پروژه، که در مقاله ای در IEEE Transactions on Power Electronics ارائه شده است، محققان یک استراتژی برای دستیابی به اهداف صنعت به گونه ای نشان دادند که می تواند برای سیستم های کوچک یا مقیاس برای رفع نیازهای مراکز داده عظیم اعمال شود.
برای برآورده ساختن نیازهای سیستم‌های کامپیوتری جدید، تیم باید بر سه چالش غلبه می‌کرد: انتقال نیرو به مناطق کوچکتر برای اجازه دادن به ریزپردازنده‌ها برای نشستن هرچه بیشتر به هم. با راندمان بالا هم برای کاهش هزینه ها و هم برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کار کنید. و برای مطابقت با نیازهای ریزپردازنده ها، قدرت را بین اجزا با سرعت کورکننده سوئیچ کنید.
چن گفت: «گوگل و اینتل در ابتدا پرسیدند: چگونه می‌توان 10 برابر بیشتر قدرت را به یک میلی‌متر مربع سیلیکون رساند بدون اینکه سرعت یا کارایی را به خطر بیندازید؟
تیم تحقیقاتی هر سه مورد را با بازنگری در همه چیز از اجزای انتقال نیرو گرفته تا معماری و کنترل آنها انجام دادند. آنها به جای روش سنتی مغناطیسی برای پردازش نیرو از خازن ها استفاده کردند و سیستم ها را به جای ساخت افقی سنتی به صورت عمودی ساختند. هر دو ویژگی چالش‌های طراحی قابل توجهی را معرفی کردند، اما زمانی که محققان آنها را حل کردند، توانستند یک سیستم برتر ارائه دهند.
چن گفت: «ما راندمان را با قدرت کامل آزمایش کرده‌ایم و دینامیک را آزمایش کرده‌ایم. این یک سیستم کاملاً کارآمد است که 10 برابر کوچکتر از بهترین سیستم تولید شده است.”
مقاله “تنظیم کننده ولتاژ CPU LEGO-PoL عمودی” در 14 دسامبر 2021 به صورت آنلاین ظاهر شد.
