コンピューティングの環境影響の拡大

現代のコンピューティングインフラは、世界的な電力の絶えず増加するシェアを消費します。データセンターは、世界各地の電力使用の約1〜2%を占め、その図はクラウドサービス、人工知能、およびエッジコンピューティングの拡大に引き続き上昇しています。半導体業界は、製造から終端まで、電子機器のエンジドカーボンの重要な部分を、製造から終端まで、最適化された廃棄物処理にまで貢献しています。マイクロプロセッサは、ほぼすべてのデジタルデバイスが計算する心臓として、エネルギー需要の大きな供給源と、マイクロプロセッサは、より長期にわたる環境に不可欠です。

持続可能なマイクロプロセッサ設計の主原則

エネルギー効率の高い建築

マイクロプロセッサの環境フットプリントを削減する最も即時の方法は、パフォーマンスを犠牲にすることなく、その電力消費を最小限に抑えることです。 ダイナミック電圧と周波数スケーリング(DVFS)は、プロセッサがリアルタイムのワークロード要求に基づいて、動作電圧とクロック速度を調整できるようにするステープル技術です。 現代のチップは、パーコアDVFSでこの原則を拡張し、粒状電力管理を可能にします。 ARMのビッグ・ディスク・アーキテクチャは、ARMのビッグ・インテルLのIntel-86とパワー・コア・コア・コア・コア・パワー・コア・コア・コア・コア・コア・コア・コア・プロセスを組み合わせ、最適な機能を備えています。

コアスケーリング、高度なクロックギャング、パワーゲイティング、および適応性ボディバイアス化を超えて、漏れ電流を削減します。 — サブ10nmノードの廃棄物の主要ソース。 指示セット設計も役割を果たします。 RISC-Vのモジュラー性質により、デザイナーは不要な指示を除去し、スイッチング活動を減らすことができます。 効率的なメモリ階層とオンチップアクセラレータ(例えば、AIの推論のためのNPU)と組み合わせることで、これらのエネルギーは、3060%の合計を削減することができます。

持続可能な材料と製造

従来のシリコン系製造は、高温プロセス、有毒化学物質(例えば、過フルオロカーボン、アセンティック、およびガリウム)、およびリサイクルが困難である基質に依存しています。 シリコン、炭化ケイ素(SiC)、および有機半導体のガリウム窒化物(GaN)などの代替半導体材料の研究は、低製造エネルギーと毒性を低減する約束します。 セルロースまたはポリ乳製品から作られた生分解性基質は、現在、それらは、高機能チップまたは低寿命のために必要とされているが欠けているが、現在、それらは、低寿命の欠乏症に欠けている。

脂肪の水の使用法は別の押す心配です。単一の300mmのウエファーは超純水の何千のガロンを要求できます。閉鎖ループ リサイクル システム、乾燥したエッチングの代わりおよび回収された水の使用は一流の鋳物で標準になっています。さらに、衝突鉱物(例えば、タンタル、錫、タングステン、金)を除去し、酸化物と鉛ベースのはんだを取り替えることによって、錫-silver-copperの合金は人体および環境に優しいカーボン カーボン カーボン ブーツを移動するために動力を与えられるために動きます。

ライフサイクルの考慮事項:長寿と再生性の設計

マイクロプロセッサの環境影響は、その操作エネルギーを超えてはるかに拡張します。 1つの1.5 cm 2チップを製造することで、CO2の数キログラムの同等性を放ちます。 そのチップが2〜3年しか使用されていない場合、エンボデッドカーボンは短時間にわたって償還され、合計1年間のフットプリント高を占めます。 長い耐用年数の設計 - コンポーネントのアップグレード、ソフトウェアベースのパフォーマンススケーリング、および堅牢なエラーを可能にするモジュラーアーキテクチャを通して、交換頻度の頻度を低減します。

リサイクル性は、設計段階から始まります。 少数の稀な要素を使用するチップは、分解を妨げる化合物を避け、標準化されたパッケージ(例えば、LGA対BGA)を組み込むことは、再要求する方が簡単です。 チップレットベースの設計の成長した関心は(以下を参照)天然パスを提供します。 単一のコアまたはメモリが、プロセッサ全体を捨てるのではなく交換できる場合は、材料効率が向上します。 エンド - オブライフ プロセス、シルバー、パラダイ、またはエキスパン、銅、またはバージン リサイクル プロセスを回復することができます。

エコフレンドリーコンピューティングの推進

閾値と下限の計算

境界電圧に近い操作トランジスタ — 典型的には0.3〜0.5 V — 大幅に電圧の四角でスケールアップしているため、動的電力を削減します。 境界コンピューティング(NTC)は、低周波のスループットが許容されるセンサーノードとIoTデバイスのためのNTCプロセッサを実証しました。 境界コンピューティングは、低周波で、トランスフォーマーが動作する領域に、低速の動作を変化させることができる、 偏差を低減する、 ‐ 駆動能力を向上させる、 または 制御する 、 制御 または 制御 の効率性を向上します。

神経形態と量子計算

[Neuromorphic Chip]は、神経系およびプラスチックの合成をスピーキングして、極めて低いエネルギーで計算する構造と機能を模倣します。例えば、IntelのLoihi 2は、信号が存在するときにのみ電力を消費するイベント駆動回路を使用して、スパーススピークを処理します。神経定形加速器はパターンをタックルする - 認知タスクは、現在、GPU-1000以上のエネルギーを、一般的なAI- プロセスに制限することができます。

[量子計算]]は、一定の問題(例、要因、最適化、量子化学)を解決することを約束し、絶対的なゼロに近い冷却を必要とする。総エネルギー予算を高くする。しかし、量子の排泄物、時間対比エネルギーが、古典的なスーパー コンピューターよりも平均下で注文することができる。断層として、量子が消費する機械が不足していると、短時間で、短時間で、短時間で、短時間で、エネルギーが節約されるか、その理由は、その理由は、その理由は、より低い。

Chiplet-Basedと3Dの統合

モノリシックなダイをインターポジタを介して接続された小さなチップレットに分割すると、いくつかの持続可能性のウィンが使用可能です。 まず、各チップレットは最適なプロセスノードで製造することができます。例えば、ロジックは、リードエッジノードでダイ、成熟した低コストのノードでI/Oダイをダイナミクスにダイ、全体的な製造エネルギーを削減します。 第二に、チップレットの収量は、大部分のダイ、スラッシュドの廃棄物材料よりも高いです。 第三に、失敗したチップレットは、パッケージを3VStacksの寿命を切るよりもむしろ交換することができます。

チャレンジと未来の方向性

これらの進歩にもかかわらず、いくつかの障壁は残っています。 パフォーマンス - 効率性のトレードオフは、最も永続的です。 多くのグリーン設計技術(例えば、境界線の操作、積極的な時計のゲート)は、消費者と企業のニーズと競合するピーク性能を低下させます。 市場インセンティブは、主要なクラウドプロバイダが、調達決定に電力 - 平均効率(PUE)と炭素強度を要因としていますが、持続性を上回る生の速度を報酬します。

コストは別のハードルです。 持続可能な材料 - そのようなGaN基質や生分解性パッケージング - 多くの場合、小規模な慣習的な代替よりも高価です。 鋳造技術は、炭素中立プロセスへのアップグレードには、大規模な資本投資を必要とし、すべてのメーカーは、スイッチを作るための金融インセンティブを持っているわけではありません。 チップ製造や必須の電子廃棄物リサイクルターゲットのカーボン税などの政策措置は、再生フィールドをレベルすることができます。

チップがより異種間コンポーネントを統合するにつれて、熱管理がより困難になります。 高度な冷却技術 — 液体浸漬、マイクロ流体チャネル、二相蒸発器 - 加熱または熱水を構築するための廃棄物熱を回復し、全体的なシステム効率を改善することができます。 標準化も必要です:マイクロプロセッサの持続可能性のための業界全体のベンチマークなし(例えば、ライフサイクルのコンテキストで測定されるエネルギー - プロセス)、それは設計者やバイヤーがオプションを比較するのは困難です。

業界、学年、政府のコラボレーションが加速する進行中。[]のような取り組み:IEEE]グリーンICT規格、米国エネルギー省]データセンターの効率プログラム[]]、および]などの機関からの研究は、低電圧プロセッサ設計のイノベーションを主導しています。]シフト[FLT:[FLT:]]]:[FLT:[FLT:]]]の構成要素は、および[FLT:[FLT]の構成要素を構成する]:[F]:[FLT:[F]:[FLT:[F]:[F]:[FLT:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[FLT:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[FLT:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:[F]:

パスフォワード

持続可能なコンピューティングのためのマイクロプロセッサの設計は、エンジニアリングの課題、市場課題、およびポリシーの課題は1つにロールされます。単一の技術は十分ではありません。最も有望なパスは、エネルギー効率の高いアーキテクチャ(DVFS、異種基幹、境界線の操作)、持続可能な材料と製造(生物学的に分解可能な基質、水リサイクル、無対隔供給チェーン)、ライフサイクル思考(モジュール性、再生性、拡張ソフトウェアサポート)を組み合わせます。 パラメタリング、および各々のエネルギーを削減する - 独自のエネルギー - 変化 - 変化 - 。

テクノロジー業界にとって、より健康に寄与する惑星に貢献するために、持続可能性は、二次的な考慮事項からコア設計制約に高められる必要があります。つまり、研究開発に投資し、RISC-Vのようなオープンな基準を採用して設計再利用を可能にし、カーボン会計における透明性を要求することを意味します。消費者の意識と規制圧力は、引き続き、よりグリーンな製品にメーカーをプッシュすることになります。マイクロプロセッサの次世代は、より速く、より可能になります。彼らは地球上でもより軽くなるでしょう、それは将来の建物の価値です。