Para peneliti di Jepang mengembangkan perangkat komputasi yang disebut bisa membuat prosesor bekerja hingga 1.000 kali lebih cepat tanpa menambah panas limbah secara signifikan. Temuan ini penting karena panas berlebih selama ini menjadi salah satu penghambat utama peningkatan kinerja chip, terutama di pusat data.
Di pusat data, masalahnya berlapis. Operator harus memasok energi besar untuk menjaga ribuan server tetap berjalan, lalu membuang panas yang dihasilkan agar sistem tidak melambat atau rusak.
Perangkat baru ini disebut non-volatile switching element. Dalam uji laboratorium, perangkat tersebut mampu memproses satu bit dalam 40 pikodetik, atau 40 triliun detik, jauh lebih cepat dibanding chip konvensional yang kesulitan memproses bit dalam kurang dari satu nanodetik.
Cara kerja perangkat
Tim peneliti membangun perangkat itu dari lapisan ultratipis tantalum dan Mn3Sn di atas dasar silika. Tantalum dipilih karena bisa menyimpan dan melepaskan listrik, sedangkan Mn3Sn dipakai karena bersifat antiferromagnetik dan lebih tahan terhadap gangguan medan magnet luar.
Mereka kemudian memakai generator pulsa ultracepat untuk mengendalikan semburan cahaya yang sangat cepat, sekitar 60 pikodetik per pulsa, dalam rentang panjang gelombang komunikasi normal. Setiap pulsa cahaya melewati fotodetektor berkecepatan tinggi bernama uni-traveling-carrier photodiode atau UTD-PD.
Saat perangkat menerima pulsa dari UTD-PD, spin elektron di material berubah dan peneliti mencatat adanya gaya magnet yang sangat kecil. Dalam pengujian, perangkat tetap bekerja konsisten dan andal meski menjalani lebih dari satu miliar siklus switching.
Keunggulan lain, perangkat ini tidak membutuhkan aliran listrik terus-menerus agar informasi magnetiknya tetap tersimpan. Prosesnya juga menghasilkan panas tambahan yang minimal dibandingkan prosesor komputasi konvensional.
Implikasi untuk pusat data
Para peneliti menilai panas limbah saat ini menjadi penghalang besar untuk menaikkan daya komputasi pusat data. Karena kebutuhan dayanya rendah dan panas yang dihasilkan juga rendah, non-volatile switching element berpotensi memangkas kebutuhan daya prosesor secara drastis.
Dampaknya relevan untuk sistem komputasi besar maupun kecil. Pengguna komputer biasa akrab dengan kipas yang berputar saat perangkat bekerja berat, sementara cloud data center bisa menampung puluhan ribu server yang masing-masing menghasilkan panas besar dari prosesor mereka.
Meski begitu, jalan menuju penerapan massal masih panjang. Tantalum adalah logam langka yang sudah banyak dibutuhkan, sehingga pasokannya bisa menjadi kendala.
Perangkat ini juga harus diuji di luar kondisi laboratorium, karena faktor lingkungan bisa memengaruhi hasilnya. Setelah demonstrasi laboratorium yang berhasil, para ilmuwan mengatakan prototipe chip bisa siap pada 2030.
Tim peneliti juga menilai pengurangan ketebalan lapisan Mn3Sn masih bisa menekan konsumsi daya lebih jauh. Tantangan berikutnya adalah membuat proses manufaktur massal yang layak secara komersial agar perangkat semacam ini bisa diproduksi dalam skala besar.
-
-
-
-
