数字技术与电脑芯片(任何)消耗了全球10%的电力,这一比例正在增加每年我们需求越来越聪明,更强大的计算机系统集成到我们的日常生活。采取单一的照片在你的手机上需要大约1万亿计算,然后你在Facebook上发布,也可以直接发送给朋友——更多的计算,更多的能量。
今天,大量的计算机处理发生在巨大factory-sized数据中心。一些大的数据中心超过20倍MCG(澳大利亚足球场),每次使用了相同数量的电力作为一个大城市郊区。认为谷歌、脸谱网和亚马逊、微软。虽然科学家和工程师开发的方法让这些数据中心非常节能相比,你的笔记本电脑或台式电脑存储和处理数据,增加数字的要求意味着我们继续建造更多的数据中心,所以我们的数字能源消费继续增长。
事实让你思考剑桥大学的金融中心的选择(CCAF)计算,计算需求的比特币消耗40到445太瓦时(TWh),每年中央估计约139太瓦时,有点超过瑞典的电力消耗。看到其他有趣的CCAF比较在这里。
国际能源机构估计,计算内存需求的增长在2040年将超过全球硅供应。硅是内存存储设备中使用的主要材料——以及你的大脑的晶体管计算机。(国际能源机构(iea)。数字化和能源2017)。
网络流量在过去五年增加了两倍。计算在2017年估计,世界上大约90%的数据当时创建的前两年。(国际能源机构。数字化和能源2017)。今天同样的计算做比较?
没有更多的摩尔
摩尔定律(尽管它并不是一个法律)预测,计算机芯片上集成的晶体管数量每18 - 24个月,并且它是正确的…直到现在。
多年来,指数增长的能源需求越来越多的计算被更加有效的控制,且更加紧凑的硅基芯片。芯片包含晶体管负责处理所有数据。他们真的是计算机的大脑。然而,我们达到物理极限与传统计算机芯片。我们不能再让晶体管小不打破一些物理定律。这是另一个舰队背后的动机的研究下一代的材料,将使节能电子和计算。已经说过,IBM宣称它产生了2纳米芯片,我们目前在5 nm芯片——但它仍然是一个原型及其功效还有待证实。
纳米是什么?纳米是一米的1000000000,或者比人的头发细100000倍。一条DNA链直径约2.5纳米。今天的技术使人类操纵单个原子和构建在原子层面的东西。不同的原子大小不同,但一个原子约0.5纳米或比人的头发细100万倍。研究人员可以捡,操作和使用原子像乐高积木建造新材料和微小的新技术。
舰队在做
有三大技术方法更可持续的数字化未来。舰队一直专注于第三种方法。
- 可再生能源技术的发展。
- 算法和使用他们的建设中使用人工智能来帮助我们更有效地使用技术,例如检测在设备使用和切换。
- 节能电子技术。这就是舰队。虽然气候变化和环境可持续性是不可或缺的舰队正试图解决的问题,除非我们开发新一代的技术,比今天的数字技术,消耗更少的能量计算的未来可能会窒息缺乏可用的能源在未来一到两年。
当然,我们也可以改变人类行为。一个问题为学生考虑的是什么样的世界,我们想争取,住在吗?什么是可接受的目标技术开发和他们应该如何使用?
舰队的目的是开发下一代的低能电子,使节能计算。舰队的研究的一个焦点是小说的发展,自动薄材料,材料可以仅有一个原子厚。这些和其他新颖的材料,如超流体有可能导电没有阻力,这意味着几乎所有的能量是用于计算和没有浪费热量。见下一节、导体、绝缘体和阻力。舰队的研究将有助于减少我们的技术使用多少能量和支撑过渡到技术使用小说(非)计算方法。
量子的解决方案
舰队在量子世界工作,这也许是我们的一些最深的理解的宇宙。舰队的研究的一个焦点是小说的发展和自动薄的二维材料。舰队的研究人员想了解这些材料的行为在量子层面,这样他们就可以操纵和控制他们的有用的属性。然后他们需要能够开发制造这些材料在商业规模的方法。
例如,舰队研究人员正在尝试不同的方法来迫使新材料暂时成为拓扑绝缘体或转向超流体状态。exciton-polaritons他们也进行研究,一种奇怪的光和物质的量子混合。
雷竞技苹果版是被调查的新材料用在下一代的晶体管,甚至量子计算机。拓扑绝缘体像电气绝缘体内部,但可以携带电流沿着边缘无阻力,因此能量损失的热量。阻力是电子与其它粒子通过电路在他们的旅程,在这种情况下,半导体。阅读更多关于拓扑绝缘体和拓扑在这里。
一个超流体是一个量子态。而一个超导体可以进行电流流没有阻力,超流体没有电荷,但可以流动没有阻力,这意味着没有摩擦,阻碍其运动。但这种超流体状态只发生在大量低温(接近绝对零度或-273摄氏度)。舰队进行研究开发超流体,在室温下操作,目的是将它们集成到晶体管。高级物理的学生,看看一些舰队的超流体的研究
Exciton-Polaritons:光和物质(任何由原子组成或构成原子的粒子)不应该混合。但是现在科学家们发现一种结合光与物质(电子在这种情况下)创建一个新对象称为exciton-polariton,奇怪的量子特性使我们能够开发电子技术可以用少得多的能量,帮助建立量子计算机,探测黑洞和恒星碰撞和构建新型的低能量激光。阅读更多关于这些奇怪的量子粒子在这里。
参见下面两个视频为进一步洞察舰队的研究。