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Pesquisadores da Oregon State University e da Baylor University fizeram um avanço para reduzir o consumo de energia dos chips fotônicos usados em data centers e supercomputadores.
As descobertas são importantes porque um centro de dados pode consumir até 50 vezes mais energia por metro quadrado de área útil do que um prédio de escritórios típico, de acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos.
Um data center abriga as operações e equipamentos de tecnologia da informação de uma organização; ele armazena, processa e dissemina dados e aplicativos. Os data centers respondem por aproximadamente 2% de todo o uso de eletricidade nos Estados Unidos, diz o DOE.
De acordo com a Comissão de Comércio Internacional dos EUA, o número de centros de dados aumentou rapidamente à medida que a demanda por dados disparou. Nos Estados Unidos, lar de muitas empresas que produzem e consomem grandes quantidades de dados, incluindo Facebook, Amazon, Microsoft e Google, existem mais de 2.600 data centers.
O avanço de John Conley, da Faculdade de Engenharia da OSU, do ex-colega do Oregon State Alan Wang, agora de Baylor, e dos alunos de pós-graduação da OSU Wei-Che Hsu, Ben Kupp e Nabila Nujhat envolve um método novo e ultraeficiente em energia para compensar variações de temperatura que degradam os chips fotônicos. Esses chips “formarão o backbone de comunicação de alta velocidade de futuros centros de dados e supercomputadores”, disse Conley.
O circuito dos chips fotônicos usa fótons – partículas de luz – em vez dos elétrons que percorrem os chips de computador convencionais. Movendo-se na velocidade da luz, os fótons permitem a transmissão de dados extremamente rápida e com baixo consumo de energia.
O problema com os chips fotônicos é que, até agora, uma quantidade significativa de energia era necessária para manter a temperatura estável e o alto desempenho. A equipe liderada por Wang, no entanto, mostrou que é possível reduzir a energia necessária para o controle de temperatura em mais de 1 milhão.
“Alan é um especialista em materiais e dispositivos fotônicos e minha área de especialização é a deposição de camadas atômicas e dispositivos eletrônicos”, disse Conley. “Conseguimos fazer protótipos funcionais que mostram que a temperatura pode ser controlada por meio da tensão do portão, o que significa praticamente sem uso de corrente elétrica”.
Atualmente, disse Wang, a indústria fotônica depende exclusivamente de componentes conhecidos como “aquecedores térmicos” para ajustar os comprimentos de onda de trabalho de dispositivos eletro-ópticos de alta velocidade e otimizar seu desempenho. Esses aquecedores térmicos consomem vários miliwatts de eletricidade por dispositivo.
“Isso pode não parecer muito, considerando que uma lâmpada LED típica usa de 6 a 10 watts”, disse Wang. “No entanto, multiplique esses vários miliwatts por milhões de dispositivos e eles se somam rapidamente, de modo que essa abordagem enfrenta desafios à medida que os sistemas aumentam e se tornam maiores e mais poderosos”.
“Nosso método é muito mais aceitável para o planeta”, acrescentou Conley. “Um dia, isso permitirá que os datacenters continuem ficando mais rápidos e poderosos, usando menos energia, para que possamos acessar aplicativos cada vez mais poderosos impulsionados pelo aprendizado de máquina, como o ChatGPT, sem nos sentirmos culpados”.
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