Làm thế nào bộ nhớ siêu dẫn có thể giúp các trung tâm dữ liệu giảm lượng khí thải carbon của họ

Làm thế nào bộ nhớ siêu dẫn có thể giúp các trung tâm dữ liệu giảm lượng khí thải carbon của họ

    Làm thế nào bộ nhớ siêu dẫn có thể giúp các trung tâm dữ liệu giảm lượng khí thải carbon của họ

    (a) Ảnh hiển vi điện tử quét sai màu của thiết bị tiếp giáp S/F/S hình elip A. Liên kết yếu Co được hình thành bởi rãnh được chỉ định có kích thước ∼20 nm) ngăn cách hai điện cực Nb. Thanh tỷ lệ tương ứng với 500 nm. (b) Kết cấu spin có thể phân đôi được mô phỏng ở trường không. Coban hoặc được từ hóa dọc theo trục dài của thiết bị (trạng thái M) hoặc chứa hai xoáy ổn định (trạng thái V). Các vòng tròn màu cam làm nổi bật các lõi xoáy và đường màu cam biểu thị vị trí rãnh. Thang màu biểu thị từ hóa ngoài mặt phẳng của đỉnh lớp coban. Ảnh: Nghiên cứu đánh giá vật lý (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033136

    How superconducting memory could help data centers reduce their carbon footprints
    Rất ít người trong chúng ta nhận ra rằng việc nghe nhạc trên Spotify hoặc xem Netflix hoặc YouTube sẽ giải phóng CO2 trong quá trình này. Các dịch vụ trực tuyến sử dụng dữ liệu được lưu trữ trên các máy chủ trong trung tâm dữ liệu và chúng ngốn năng lượng. Nhà vật lý Remko Fermin đã nghiên cứu các phương pháp giúp bộ nhớ trong trung tâm dữ liệu tiết kiệm năng lượng hơn.

    Hiện tại, các trung tâm dữ liệu sử dụng 1% tổng năng lượng tiêu thụ trên thế giới, khiến chúng chịu trách nhiệm cho khoảng 0,3% tổng lượng khí thải CO2. Công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) nói chung (bao gồm các thiết bị kỹ thuật số cá nhân, TV và mạng di động) tạo ra hơn 2% lượng khí thải toàn cầu.

    Điều này đặt lượng khí thải carbon của CNTT-TT ngang bằng với ngành hàng không. Các dự đoán về trường hợp xấu nhất là các trung tâm dữ liệu sẽ chiếm 10% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu vào năm 2030.

    Fermín đã bị sốc khi phát hiện ra những con số này và muốn giúp tiết kiệm năng lượng. Ông tìm đến vật lý học để phát triển các phương pháp có thể giúp máy tính trong trung tâm dữ liệu tiết kiệm năng lượng hơn. "Hãy tưởng tượng chúng ta có thể tránh được 10 phần trăm đó; đó là một mục tiêu cực kỳ quan trọng."

    Một trong những giải pháp mà anh ấy đã xem xét là bộ nhớ có thể phù hợp với máy tính siêu dẫn. Chất siêu dẫn là vật liệu không có điện trở. Điều này có nghĩa là không cần năng lượng để truyền điện qua chúng. Hạn chế là chất siêu dẫn chỉ hoạt động ở nhiệt độ thực sự lạnh: ngay trên độ không tuyệt đối -273 độ C.

    Fermin nói, "Làm mát PC của chúng tôi đến mức đó không phải là một lựa chọn nhưng nó sẽ dành cho các trung tâm dữ liệu. Mặc dù phải được làm mát, nhưng các máy tính lớn ở đó sẽ tiết kiệm năng lượng hơn nếu điều này biến chúng thành chất siêu dẫn."

    Nghiên cứu đã được thực hiện về cách sử dụng chất siêu dẫn để tính toán. Nhưng ít nghiên cứu hơn đã được thực hiện về cách máy tính có thể lưu trữ dữ liệu với sự trợ giúp của tính siêu dẫn. Fermin và các đồng nghiệp của ông đã thành công trong việc tạo ra một phần tử trí nhớ siêu dẫn. "Để chứng minh khái niệm, chúng tôi đã tạo ra một phần tử bộ nhớ bao gồm một bit duy nhất. Điều này cho thấy có thể tạo ra một phần tử bộ nhớ siêu dẫn bằng cách kết hợp một chất siêu dẫn và một nam châm."

    Một thành phần bộ nhớ siêu dẫn thành công phải đáp ứng bốn tiêu chí.

    Đầu tiên, nó phải có khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái, giống như cách một bit trong máy tính có thể có giá trị 0 hoặc 1. Ví dụ, rất nhiều bit cùng nhau tạo thành một mã có thể được dịch thành văn bản, ảnh hoặc video. Thứ hai, nó sẽ tốn rất ít năng lượng để đọc và chuyển đổi giữa hai trạng thái. Thứ ba, phần tử bộ nhớ phải giữ lại bộ nhớ của nó khi máy tính nóng lên và không còn siêu dẫn nữa. Thứ tư, nó phải có khả năng mở rộng vì chúng ta cần rất nhiều bit nếu muốn lưu trữ tất cả những bộ phim và bản nhạc đó.

    Các phần tử bộ nhớ siêu dẫn đã được phát triển trước nghiên cứu của Fermin nhưng không có phần tử nào đáp ứng cả bốn tiêu chí. Fermin có thể đánh dấu ít nhất ba. Bằng cách chơi với hình dạng của phần tử bộ nhớ, anh ấy đã tạo ra được hai trạng thái trong nam châm. Để đảm bảo rằng cần ít năng lượng để đọc trạng thái của nguyên tố, ông đã xếp một chất siêu dẫn lên một nam châm.

    Một rãnh trong phần siêu dẫn của hình elip đảm bảo dòng điện được dẫn qua nam châm. Kết quả là, một dòng điện siêu dẫn có thể xác định trạng thái của nam châm. Nói cách khác, một dòng điện không tiêu thụ năng lượng sẽ đọc phần tử bộ nhớ.

    Tiêu chí duy nhất còn lại là khả năng mở rộng. Fermin nói, "Hình elip mà chúng tôi tạo ra dài 1.500 nonometer. Nó nhỏ hơn một phần mười độ dày của một sợi tóc người. Tuy nhiên, nó tương đối lớn nếu bạn so sánh nó với bóng bán dẫn (công tắc điện tử có thể cho phép hoặc ngăn dòng điện đi qua , ed.) trong điện thoại chẳng hạn. Điều đó nhỏ hơn khoảng một nghìn lần. Chúng tôi có thể làm cho phần tử của mình nhỏ hơn nhưng cần nghiên cứu thêm để xem liệu nó có thực sự hoạt động trong thực tế hay không, vì vậy chúng tôi có thể tiếp tục xem YouTube trong tương lai mà không có cảm giác tội lỗi."

    Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Research.

    Zalo
    Hotline