Yeni Enerji Verimli Anahtarlar Sayesinde Yeni Nesil Veri Merkezleri Elinizin Altında


Yeni enerji tasarruflu anahtarlar sayesinde yeni nesil veri merkezleri elinizin altında

Faz değiştiren malzeme (koyu mavi segment) ve grafen ısıtıcı (petek kafes) kullanarak ışığı manipüle eden silikon bazlı bir anahtarın sanatsal bir sunumu. Kredi bilgileri: Zhuoran Fang

Verileri depolamak, işlemek ve yaymak için ayrılmış alanlar olan veri merkezleri, bulut bilişimden video akışına kadar her şeyi mümkün kılar. Bu süreçte, merkezin içinde ileri geri veri aktaran büyük miktarda enerji tüketirler. Veriye olan talebin katlanarak artmasıyla, veri merkezlerinin daha enerji verimli hale gelmesi için artan bir baskı var.

Veri merkezleri, veri alışverişine izin veren fiziksel bağlantılar olan ara bağlantılar aracılığıyla birbirleriyle konuşan sunucular, yüksek güçlü bilgisayarlar barındırır. azaltmanın bir yolu enerji tüketimi veri merkezlerinde elektrikle kontrol edilen bilgi ile iletişim kurmak için ışığı kullanmaktır. optik anahtarlar sunucular arasındaki ışık akışını ve dolayısıyla bilgiyi kontrol etmek. Bu optik anahtarların çok işlevli olması ve enerji-Veri merkezlerinin sürekli genişlemesini desteklemek için verimli.

4 Temmuz’da çevrimiçi yayınlanan bir makalede Doğa NanoteknolojiWashington Üniversitesi bilim adamları tarafından yönetilen bir ekip, faz değiştiren bir malzeme ve grafen ısıtıcı kullanarak ışığı manipüle eden, enerji verimli, silikon bazlı uçucu olmayan bir anahtarın tasarımını bildirdi.

UW fizik ve elektrik ve elektrik alanında doçent olan ortak yazar Arka Majumdar, “Bu platform enerji verimliliğinin sınırlarını gerçekten zorluyor” dedi. bilgisayar Mühendisliği, ayrıca UW Nano-Mühendislik Sistemleri Enstitüsü ve Moleküler ve Mühendislik Bilimleri Enstitüsü’nde öğretim üyesidir. Şu anda fotonik devreleri kontrol etmek için veri merkezlerinde kullanılanlarla karşılaştırıldığında, bu teknoloji veri merkezlerinin enerji ihtiyaçlarını büyük ölçüde azaltarak onları daha sürdürülebilir ve çevre dostu hale getirecek.”

Silikon fotonik anahtarlar, kısmen iyi kurulmuş yarı iletken üretim teknikleri kullanılarak yapılabildikleri için yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel olarak, bu anahtarlar, anahtardaki bir malzemenin optik özelliklerini değiştirmek ve böylece ışığın yolunu değiştirmek için ısının – genellikle bir metal veya yarı iletkenden bir akım geçirerek – uygulandığı bir süreç olan termal etki ile ayarlanmıştır. Bununla birlikte, bu süreç yalnızca enerji açısından verimli değil, aynı zamanda neden olduğu değişiklikler de kalıcı değildir. Akım kesilir kesilmez malzeme önceki durumuna geri döner ve bağlantı – ve bilgi akışı – kopar.

Bunu ele almak için Stanford Üniversitesi, Charles Stark Draper Laboratuvarı, Maryland Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacıları içeren ekip, herhangi bir ek enerji olmadan bağlantıyı sürdürebilen bir “ayarla ve unut” anahtarı oluşturdu. Uçucu olmayan bir faz değiştiren malzeme kullandılar, yani malzeme kısa bir süre ısıtılarak dönüştürülür ve başka bir ısı darbesi alana kadar bu durumda kalır, bu noktada orijinal durumuna geri döner. Bu, istenen durumu korumak için sürekli olarak enerji girişi ihtiyacını ortadan kaldırır.

Daha önce araştırmacılar, faz değiştiren malzemeyi ısıtmak için katkılı silikon kullandılar. Silikon tek başına elektriği iletmez, ancak fosfor veya bor gibi farklı elementlerle seçici olarak katkılandığında, silikon hem elektriği iletebilir hem de aşırı absorpsiyon olmaksızın ışığı yayabilir. Katkılı silikondan bir akım pompalandığında, üstündeki faz değiştiren malzemenin durumunu değiştirmek için bir ısıtıcı gibi davranabilir. Yakalama, bunun aynı zamanda çok enerji verimli bir süreç olmamasıdır. Faz değiştiren malzemeyi değiştirmek için gereken enerji miktarı, geleneksel termo-optik anahtarların kullandığı enerji miktarına benzer. Bunun nedeni, 220 nanometre (nm) kalınlığında katkılı silikon tabakasının tamamının, yalnızca 10 nm faz değiştiren malzemeyi dönüştürmek için ısıtılması gerektiğidir. Çok daha küçük hacimli faz değiştiren malzemeyi değiştirmek için bu kadar büyük bir silikon hacmini ısıtmak için çok fazla enerji boşa harcanır.

Elektrik ve bilgisayar alanında UW doktora öğrencisi olan baş ve yardımcı yazar Zhuoran (Roger) Fang, “Anahtarların verimliliğini artırmak için ısıtılması gereken hacmi nasıl azaltacağımızı bulmamız gerektiğini anladık” dedi. mühendislik.

Bir yaklaşım daha ince bir silikon film yapmak olabilir, ancak silikon 200 nm’den daha inceyse ışığı iyi yaymaz. Bunun yerine, ışığı yaymak için katkısız 220 nm silikon tabakası kullandılar ve elektriği iletmek için silikon ile faz değiştiren malzeme arasına bir grafen tabakası yerleştirdiler. Metal gibi, grafen de mükemmel bir elektrik iletkenidir, ancak metalden farklı olarak, atomik olarak incedir – iki boyutlu bir petek kafesinde düzenlenmiş sadece tek bir karbon atomu katmanından oluşur. Bu tasarım, grafen tarafından üretilen tüm ısıyı faz değiştiren malzemeyi değiştirmeye yönlendirerek boşa harcanan enerjiyi ortadan kaldırır. Aslında, anahtarlama enerjisinin anahtarlanan malzemenin hacmine bölünmesiyle hesaplanan bu kurulumun anahtarlama enerji yoğunluğu sadece 8,7 attojoule (aJ)/nm’dir.3, yaygın olarak kullanılan katkılı silikon ısıtıcılara kıyasla 70 kat azalma, mevcut son teknoloji. Bu aynı zamanda anahtarlamalı enerji yoğunluğunun temel sınırının (1.2 aJ/nm) bir büyüklük mertebesindedir.3).

Elektriği iletmek için grafen kullanılması bazı optik kayıplara neden olsa da, yani bir miktar ışık emilir, grafen o kadar incedir ki, kayıplar minimum düzeyde olmakla kalmaz, aynı zamanda faz değiştiren malzeme silikon tabakasında yayılan ışıkla etkileşime girebilir. Ekip, grafen bazlı bir ısıtıcının güvenilir bir şekilde değiştirmek faz değiştiren malzemenin durumu 1.000’den fazla döngü. Bu, yalnızca yaklaşık 500 devirlik bir dayanıklılığa sahip olduğu gösterilen katkılı silikon ısıtıcılara göre kayda değer bir gelişmedir.

Majumdar, “1000 bile yeterli değil” dedi. “Pratik olarak konuşursak, şu anda üzerinde çalıştığımız yaklaşık bir milyar döngü dayanıklılığa ihtiyacımız var.”

Artık ışığın bir faz değiştiren malzeme ve grafen ısıtıcı kullanılarak kontrol edilebileceğini gösterdiklerine göre, ekip bu anahtarların bir cihaz ağı aracılığıyla bilginin optik olarak yönlendirilmesi için kullanılabileceğini göstermeyi planlıyor. veri merkezleri. Onlar da bu teknolojiyi uygulamakla ilgileniyorlar. silikon kuantum hesaplama için tek fotonları yönlendirmek için nitrür.

Majumdar, “Bir malzemenin optik özelliklerini yalnızca atomik olarak ince bir ısıtıcıyla ayarlayabilme yeteneği, ezber bozan bir şeydir” dedi. “Sistemimizin enerji verimliliği ve güvenilirliği açısından olağanüstü performansı gerçekten duyulmamış ve hem bilgi teknolojisini hem de kuantum hesaplamayı geliştirmeye yardımcı olabilir.”

Diğer ortak yazarlar arasında UW elektrik ve bilgisayar mühendisliği öğrencileri Rui Chen, Jiajiu Zheng ve Abhi Saxena; Stanford Üniversitesi’nden Asir Intisar Khan, Kathryn Neilson, Michelle Chen ve Eric Pop; Charles Stark Draper Laboratuvarı’ndan Sarah Geiger, Dennis Callahan ve Michael Moebius; Maryland Üniversitesi’nden Carlos Rios; ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Juejun Hu.


Araştırmacılar iki boyutlu grafeni kontrol etmeye yaklaşıyor


Daha fazla bilgi:

Zhuoran Fang ve diğerleri, grafen ısıtıcılar ile faz değiştiren malzemelere dayalı ultra düşük enerjili programlanabilir uçucu olmayan silikon fotonik, Doğa Nanoteknoloji (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01153-w

Tarafından sunulan
Washington Üniversitesi


Alıntı:
Yeni enerji tasarruflu anahtarlar (2022, 8 Temmuz) sayesinde yeni nesil veri merkezleri elinizin altında
10 Temmuz 2022 alındı
itibaren

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan herhangi bir adil işlem dışında, hiçbir
kısmı yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.


Kaynak : https://newslanes.com/2022/07/10/next-generation-data-centers-within-reach-thanks-to-new-energy-efficient-switches/

Yorum yapın

SMM Panel PDF Kitap indir