Allerede i dag møter prosessorprodusentene store utfordringer i forbindelse med brikkenes energiforbruk og varmeutvikling. Nye generasjoner med stadig flere transistorer innenfor det samme arealet, vil føre til at varmeutviklingen blir uhåndterbar. Man snakker om overflatetemperaturer på brikker som tilsvarer den til sola innen noen år, hvis dagens utvikling fortsetter.
Dr. ing. Snorre Aunet, som er forsker ved Institutt for informatikk ved Universitetet i Oslo, har sammen med Birkeland Innovasjon søkt om patent på en mikrobrikke som skal kunne møte disse utfordringene, ved å binde sammen kjente teknologielementer på en ny måte.
– Energibehovet blir dramatisk redusert, chiparealet kan reduseres til omkring en tiendedel av dagens, og vi kan få samme funksjonalitet som i dag med 90 prosent færre transistorer. Dette vil også redusere produksjonskostnadene tilsvarende, sier Aunet til forskningsmagasinet Apollon.
Aunet forklarer at mens dagens transistorer bare fungerer når strømmen enten er skrudd helt på eller av, så skal transistorene i den nye brikken kunne operere med bare den såkalte «lekkasjestrømmen», den vesle strømmengden som uansett går gjennom kretsen, selv når strømmen skal være skrudd av. Lekkasjestrømmen er tradisjonelt blitt sett på som et problem, ikke minst i batteridrevne systemer.
Ifølge Aunet er lekkasjestrømmen bare en hundredel så sterk som den vanlige strømmen. Å få transistorene til å operere med denne strømmen, sammenligner han med å tenne lyset i et rom med og uten dimmer på lysbryteren. For å registrere om lyset er skrudd av eller på, er det nok at lampen så vidt gløder.
Aunet er på ingen måte alene om ha kommet til dette. MIT og Nokia samarbeider om å utnytte en lignende teknologi i mobiltelefoner. Men dette er bare ett av de tre elementene Aunets patent består av. Det er kombinasjonen med to andre elementer som er unik.
Når transistorene opereres med slike svake strømmer og spenninger, så endres ifølge Apollon også de fysiske lovene slik at man kan gå over fra parallellprosessering til seriell prosessering med stor gevinst.
Seriell prosessering
Ved parallellprosessering lar man flere regneoperasjoner foregå samtidig for å spare tid. Men dette har ulemper som at brikkene må inneholde langt flere transistorer og tar større plass. Mens en parallell prosessor har en relativt kvadratisk form, vil en seriell prosessor ha en mer langstrakt, rektangulær form og bare ta omtrent en tiendedel av plassen. Dette skyldes blant annet at de parallelle prosessorene inneholder langt flere ledere og kompliserte koblinger.
– Eksperimentene viser at lavenergikretser gjør det mulig å gå over fra parallell prosessering til seriell prosessering uten at kapasiteten blir redusert. Gevinsten er at antallet transistorer kan reduseres med inntil 90 prosent. Dette gjør at kostnadene ved å produsere en chip med en bestemt ytelse reduseres tilsvarende, sier Aunet til Apollon.
Driftssikkerhet
Det tredje og siste elementet i patentet er en funksjon som gjør brikken mer driftssikker. Fordi en seriell prosessor er enklere laget enn en parallell, er det også lettere å binde sammen doble eller triple systemer på en energieffektiv måte. Slutter et system å fungere, vil at annet kunne utføre den samme jobben.
– Jo flere slike reservesystemer som bygges inn i chipen, desto flere feil kan oppstå før systemet slutter å virke. Slike produkter kan bli svært anvendelige på steder hvor apparaturen blir utsatt for store belastninger, som i oljeinstallasjoner på havbunnen eller andre steder hvor det er vanskelig eller kostbart å reparere systemet, mener Aunet.
Han skal på nyåret motta en testbrikke. Den skal brukes for å kvalitetssikre de teoretiske beregningene. Brikken inneholder både en seriell og parallell prosessordel. Aunet ser optimistisk på framtiden til slike lavenergikretser, i og med at andre aktører har begynt å se på lignende løsninger. Men han innrømmer at dette fram til nå er blitt sett på som et eksotisk og eksperimentelt forskningsområde.
Les hele saken hos Apollon her.
