Ảnh hưởng ngày càng lớn của tính toán

Cơ sở hạ tầng máy tính hiện đại tiêu thụ điện toàn cầu. trung tâm dữ liệu cho khoảng 1–2% sử dụng điện năng trên toàn thế giới, và con số đó tiếp tục tăng lên với sự mở rộng của các dịch vụ đám mây, trí thông minh nhân tạo, và máy tính, và các công nghiệp bán dẫn góp phần đáng kể của các carbon trong điện tử, từ việc khai thác vật liệu thô đến việc sử dụng điện tử, và các vi xử lý vi xử lý, như là trái tim của hầu hết các thiết bị điện tử, đại diện cho cả nguồn năng lượng và một đòn bẩy quan trọng để giảm thiểu các thiết bị môi trường. thiết kế là những thiết bị xử lý vi mô có hiệu quả, được xây dựng với các vật liệu sinh học và hệ thống định hướng dẫn bền vững hơn cho các mục tiêu điện tử không còn là những mục tiêu cần thiết cho các thiết bị điện tử và các thiết bị thiết bị điện tử khác, và giảm thiểu thiểu thiểu thiểu thiểu thiểu thiểu thiểu các thiết bị về khí hậu quả gây tổn và các thiết bị về mặt khí hậu.

Nguyên tắc then chốt của việc thiết kế bộ vi xử lý bền vững

Kiến trúc về năng lượng

Cách nhanh nhất để giảm thiểu dấu chân môi trường của một vi xử lý là giảm thiểu năng lượng tiêu thụ mà không cần hy sinh hiệu suất. Tăng cường điện áp và tần số năng lượng (DVFS) là một kỹ thuật chủ chốt, cho phép bộ xử lý hoạt động và tốc độ của bộ xử lý theo yêu cầu nạp năng lượng thực. Chip hiện đại mở rộng nguyên tắc này với độ hiệu suất cao trên mỗi công ty, cho phép khả năng quản lý nguồn điện hạt. Như kiến trúc máy tính lớn của ARM. LMBLE và hệ thống kết hợp với thiết kế kết hợp x86, hai dạng lõi với năng lượng hiệu quả để xử lý các công việc tối ưu.

Ngoài việc tăng cường nhiệt độ, độ phóng đại đồng hồ cao, độ bão hòa điện, và sự thiên vị cơ thể giảm thiểu sự rò rỉ — một nguồn chất thải trong tiểu lục địa. Hướng dẫn thiết kế cũng đóng vai trò; tính năng RISC-V cho phép các nhà thiết kế loại bỏ các hướng dẫn không cần thiết, giảm hoạt động. Kết hợp với các bậc sóng bộ nhớ hiệu quả và máy gia tốc trên máy tính (v. d., NP for A inference), những kỹ thuật này có thể cắt giảm toàn bộ hệ thống năng lượng bằng 30–60 so với thiết kế thông thường.

Vật liệu có thể duy trì và sản xuất

Sự kết cấu dựa trên silicon dựa trên quá trình dung nạp nhiều chất dinh dưỡng, hóa chất độc hại (v. d., perluoro carbons, acyan và galiium), và các chất phụ khó tái tạo. Nghiên cứu thành vật liệu bán dẫn thay thế — như dung tích ma túy (Galiium nitide), chất silicon, carbuide (SiC), và cả chất bán dẫn hữu cơ — hứa hẹn sự tái tạo và giảm chất độc. Các chất có thể phân hủy được làm từ chất acid hay polyltic được khám phá để sử dụng cho các loại điện tử hiện nay thiếu nhiệt điện tử, mặc dù chúng cần thiết cho các chip nhiệt độ cao.

Một vấn đề khác là việc sử dụng nước trong sự nấu chảy là một mối quan tâm cấp bách. Một bánh mì 300mm có thể đòi hỏi hàng ngàn ga-lông nước quá nhiều. Hệ thống tái chế mạch đóng lại, những người bán nước bằng chì, và việc sử dụng nước tái chế đang trở thành tiêu chuẩn trong việc tìm kiếm hàng đầu. Ngoài ra, loại bỏ các khoáng chất xung đột (v. d., sof., damlum, thiếc, tungs, vàng) thông qua các chuỗi cung cấp được cấp và thay thế những người bán chì bằng chất lỏng bằng chất lỏng làm giảm thiểu tác hại đến môi trường.

Xem xét vòng đời: Thiết kế cho sự bền bỉ và tính bền vững

Một vi xử lý tác động môi trường của một vi xử lý có thể mở rộng ra ngoài khả năng hoạt động của nó. Việc sản xuất một chip 1.5 cm2 có thể phát sinh tương đương với vàikg CO2. Nếu chip này chỉ được sử dụng trong hai hoặc ba năm trước khi bị loại bỏ, các bon tiêu hóa được mô phỏng trong một thời gian ngắn, tạo ra tổng số lượng dấu chân trong năm cao hơn. Thiết kế cho sự sống lâu hơn — thông qua cấu trúc mô-đun cho phép nâng cấp thành phần, sự tăng trưởng dựa trên sự tăng trưởng của phần mềm, và sửa chữa mạnh mẽ — giảm tần số của sự thay thế.

Tính bền vững bắt đầu từ giai đoạn thiết kế. Chip dùng ít các nguyên tố đất hiếm, tránh các hợp chất giữ trong đất, ngăn cản việc tách rời, và kết hợp các gói được chuẩn hóa (v. d., LGA chống lại. BGA) dễ dàng hơn. Những con chip ngày càng tăng trong thiết kế nền tảng của con chip (xem xét bên dưới) cung cấp một đường dẫn tự nhiên: nếu một lõi hay bộ nhớ có thể được đổi thay thế thay vì bỏ toàn bộ bộ bộ bộ bộ xử lý, hiệu quả. Cuối cùng của quá trình tái sử dụng tài nguyên có thể phục hồi. Cuối cùng của sự tái tạo lại quá trình tái tạo lại.

Những cải cách thúc đẩy môi trường-bạn bè tính

Gần Nhống và tính toán phần trăm

Chạy điện thờ gần ngưỡng của họ — thường 0.3–0.5 V — giảm đáng kể năng lượng động vì nó cân bằng vuông điện áp. Các thiết bị gần hang động (NTC) có thể cắt điện năng trên mỗi thao tác bằng 5–1× so với hoạt động siêu lớn, mặc dù với chi phí giảm tần số thấp. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh bộ xử lý NTC cho nút nhạy và IoT nơi thiết bị thấp thông qua. Tính năng lượng phụ có thể đẩy điện áp thấp hơn, vào vùng không hoàn toàn bật hoạt động siêu năng lượng bán dẫn, bật hoạt động làm tăng cường năng lượng cho ứng dụng bộ lọc. Tính năng lượng cho các ứng dụng bộ lọc và biến thể hiện thông tin biến đổi thành lỗi cơ thể và giảm nhẹ.

Tính toán hình thái thần kinh và lượng tử

chip kiểu Neeuromorphi 2 tiến trình tăng tốc bắt chước cấu trúc và chức năng của mạng thần kinh sinh học, sử dụng nơ ron thần kinh tăng cường và khớp nhựa để thực hiện tính toán với năng lượng thấp lạ thường. Ví dụ, các tiến trình Loihi 2 xử lý các điểm ảnh hưởng nhỏ hơn [FLT: 1] chỉ tiêu thụ năng lượng khi có tín hiệu. Một nhiệm vụ máy gia tốc hình dạng thần kinh có thể được thay đổi kích thước 100–100 hiệu quả hơn một GP thông thường. Trong khi hiện thời các nguyên tắc định dạng thần kinh đang được tích hợp với các thiết bị xử lý thông thường, các nguyên tắc định dạng thần kinh đang được tổng hợp vào trung tâm xử lý đối với môi trường xử lý giọng nói hoặc ảnh.

[FLT: 0] Máy tính chỉ cần làm mát đến mức tuyệt đối không có — tuy nhiên, đối với các công việc nơi lượng tử vượt trội, thời gian cho độ phân giải và năng lượng trên mỗi hoạt động có thể thấp hơn siêu máy lượng tử cổ điển.

Tính năng tách rời và 3D

Chia một khối vuông chết thành những tiểu cầu nhỏ hơn được nối với nhau giúp cho một số nút có thể thắng. Thứ hai, mỗi miếng chip nhỏ có thể được sản xuất trên nút tối ưu — chẳng hạn, một bộ phận logic chết trên nút nối hàng đầu và một nút I/O chết trên một nút nối thành thục, rẻ hơn — giảm tổng hợp — năng lượng sợi dây cắt giảm. Thứ hai, dấu chip xuất cao hơn những vật liệu lớn chết, chất thải. Thứ ba, một chip nhỏ không thể được thay thế trên một nút nối liền với toàn bộ gói năng lượng, mở rộng dịch vụ mở rộng sự sống. Sự tích hợp 3D, bị chồng chéo, cắt đứt dây điện, cả hai tín hiệu lẫn sự chậm trễ của cả hai.

Thử thách và sự hướng dẫn trong tương lai

Mặc dù những tiến bộ này vẫn còn nhiều rào cản. Việc buôn bán hiệu quả là điều bền bỉ nhất: nhiều kỹ thuật thiết kế màu xanh (v., gần hang động, việc tăng cường đồng hồ) giảm hiệu suất cao, mà xung đột với người tiêu dùng và doanh nghiệp đòi hỏi các bộ xử lý nhanh hơn bao giờ hết. Các động cơ thị trường vẫn thưởng cho tốc độ thô hơn mức bền vững, mặc dù các nhà cung cấp chính cho phép sử dụng năng lượng (PUE) và cường độ carbon vào các quyết định.

Một trở ngại khác là vật liệu có thể duy trì, chẳng hạn như các vật liệu phụ thuộc GaN hoặc các bao bì sinh học, thường đắt hơn những phương pháp thay thế thông thường ở quy mô nhỏ.

Việc quản lý nhiệt ngày càng khó khăn hơn khi chip tích hợp nhiều thành phần khác nhau hơn, kỹ thuật làm mát cao cấp — trầm mình, các kênh vi lỏng, hai bộ phận hô hấp khí quyển — có thể phục hồi lại nhiệt độ thải để tạo ra nhiệt độ nóng hay nước nóng, cải thiện hiệu suất hệ thống. Việc tiêu chuẩn hóa cũng cần thiết: không cần thiết để xử lý vi xử lý (v.g., năng lượng phân giải phóng được đo lường trong một bối cảnh xe đạp) thì khó cho các nhà thiết kế và người mua.

Hợp tác trong ngành công nghiệp, học viện năng lượng và chính phủ đang tăng tốc. Sáng kiến như chương trình , và từ các tổ chức như ) [FT:5] [FLT], Bộ xử lý năng lượng Hoa Kỳ đang chuyển sang [FLT] chương trình trung tâm nghiên cứu [FLT:], và nghiên cứu từ [FLT:] [FLT:] [FTT] [FT] [FTTT]] [FTTTTT]]], mục tiêu cơ bản của thiết kế là làm thế nào để cải tiến bộ xử lý thấp.

Con đường phía trước

Những người thiết kế vi xử lý tính bền vững là một thách thức kỹ thuật, một thách thức thị trường, và một thách thức chính sách được đưa ra. Không có kỹ thuật nào có thể đạt được. Đường dẫn đầy hứa hẹn nhất kết hợp năng lượng cấu trúc hữu hiệu (DFS, lõi phân hủy, sự tương thích, gần hoạt động của người dân), vật liệu bền vững (có thể bị hạ cấp nước, tái chế nước, các chuỗi cung cấp xung đột không cần thiết), và lối suy nghĩ xe đạp (sự chuyển đổi, sự tái định hướng, hỗ trợ phần mềm mở rộng). Mô hình cấu hình này — Hình thái hình hình hình dạng hình dạng của bộ phận thần kinh, và thiết kế dựa trên các loại vi lượng tử — dù mỗi bước thay đổi năng lượng và mỗi bước đi qua đường chân trời trao đổi năng lượng và đường chân trời.

Để công nghệ đóng góp ý nghĩa cho một hành tinh khỏe mạnh hơn, sự bền vững phải được nâng cao từ một sự cân nhắc thứ hai đến một thiết kế cốt lõi, có nghĩa là đầu tư vào nghiên cứu, áp dụng các tiêu chuẩn mở như RISCV để cho phép việc tái sử dụng, và đòi hỏi sự minh bạch trong kế toán carbon.