تقليل استهلاك الطاقة للرقائق الضوئية المستخدمة في مراكز البيانات وأجهزة الكمبيوتر العملاقة

حقق الباحثون في جامعة ولاية أوريجون الأمريكية، وجامعة بايلور، تقدمًا كبيرًا نحو تقليل استهلاك الطاقة للرقائق الضوئية المستخدمة في مراكز البيانات وأجهزة الكمبيوتر العملاقة.

تم نشر الورقة في مجلة Scientific Reports ، النتائج مهمة لأن مركز البيانات يمكن أن يستهلك ما يصل إلى 50 ضعفًا من الطاقة لكل قدم مربع من المساحة الأرضية مقارنة بمبنى المكاتب النموذجي، وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية.

يضم مركز البيانات عمليات ومعدات تكنولوجيا المعلومات الخاصة بالمؤسسة؛ يقوم بتخزين ومعالجة ونشر البيانات والتطبيقات.
تقول وزارة الطاقة، إن مراكز البيانات مسؤولة عن ما يقرب من 2٪ من إجمالي استخدامات الكهرباء في الولايات المتحدة، وفقًا للجنة التجارة الدولية الأمريكية، ارتفع عدد مراكز البيانات بسرعة مع ارتفاع الطلب على البيانات.

في الولايات المتحدة ، موطن العديد من الشركات التي تنتج وتستهلك كميات هائلة من البيانات بما في ذلك Facebook و Amazon و Microsoft و Google ، يوجد أكثر من 2600 مركز بيانات.

طريقة جديدة فائقة الكفاءة

يتضمن التقدم الذي أحرزه جون كونلي من كلية الهندسة في جامعة ولاية أوريجون، والزميل السابق في ولاية أوريجون، آلان وانج، الذي يعمل حاليًا في بايلور، وطلاب الدراسات العليا في جامعة ولاية أوريجون، وي تشي هسو، وبن كوب ، ونبيلة نجاح، طريقة جديدة فائقة الكفاءة في استخدام الطاقة للتعويض عن التغيرات في درجات الحرارة التي تحط من الرقائق الضوئية.

وقال كونلي، إن مثل هذه الرقائق “ستشكل العمود الفقري للاتصالات عالية السرعة لمراكز البيانات وأجهزة الكمبيوتر العملاقة في المستقبل”.

تستخدم الدوائر في الرقائق الضوئية الفوتونات – جسيمات الضوء – بدلاً من الإلكترونات التي تمر عبر رقائق الكمبيوتر التقليدية. تتيح الفوتونات، التي تتحرك بسرعة الضوء ، نقل البيانات بسرعة فائقة وكفاءة في استخدام الطاقة.

تقليل الطاقة اللازمة

تكمن مشكلة الرقائق الضوئية في أنه حتى الآن، كانت هناك حاجة إلى طاقة كبيرة للحفاظ على ثبات درجة حرارتها وأدائها عاليًا، أظهر الفريق بقيادة وانج أنه من الممكن تقليل الطاقة اللازمة للتحكم في درجة الحرارة بعامل يزيد عن مليون.

قال كونلي : “آلان خبير في المواد والأجهزة الضوئية ومجال خبرتي هو ترسيب الطبقة الذرية والأجهزة الإلكترونية “، “كنا قادرين على عمل نماذج أولية تظهر أنه يمكن التحكم في درجة الحرارة عبر جهد البوابة ، مما يعني عدم استخدام أي تيار كهربائي تقريبًا.”

السخانات الحرارية

وأوضح وانج، أن صناعة الفوتونات تعتمد في الوقت الحاضر حصريًا على المكونات المعروفة باسم “السخانات الحرارية”، لضبط أطوال موجات العمل للأجهزة الكهروضوئية عالية السرعة وتحسين أدائها، تستهلك هذه السخانات الحرارية عدة ملي واط من الكهرباء لكل جهاز.

قال وانج: “قد لا يبدو هذا كثيرًا بالنظر إلى أن مصباح LED النموذجي يستخدم من ستة إلى 10 واط”، ” لكن عنجما تضرب تلك الملي واط في ملايين الأجهزة وستزيد بسرعة، بحيث يواجه هذا النهج تحديات مع زيادة حجم الأنظمة وتصبح أكبر وأكثر قوة.”

وأضاف كونلي: “إن طريقتنا مقبولة بدرجة أكبر على كوكب الأرض”، “سيسمح يومًا ما لمراكز البيانات بالاستمرار في زيادة سرعتها وقوتها مع استخدام طاقة أقل حتى نتمكن من الوصول إلى تطبيقات أكثر قوة مدفوعة بالتعلم الآلي، مثل ChatGPT ، دون الشعور بالذنب.”

تابعنا على تطبيق نبض