Uutiset

Tietokoneet haaskaavat valtavasti energiaa – nyt tutkijat kehittävät laskentaa, joka tuottaa huomattavasti vähemmän hukkalämpöä

Aalto-yliopiston tutkijat saivat merkittävän rahoituksen rakentaakseen prototyypin laitteesta, joka kuljettaa tietoa sähkövarausten sijaan valolla ohjatuilla spinaalloilla.
Sebastiaan van Dijken
Sebastiaan Van Dijken ja hänen tutkimusryhmänsä ovat asiantuntijoita spinaaltojen manipuloinnissa. Kuva: Anni Hanen

Valtaosa nykyisten datakeskuksien energiankulutuksesta menee hukkalämmöksi. Nykyiset tietokoneet ovat niin suuria energiasyöppöjä, että niiden on arvioitu voivan haukata pian jopa puolet maailman energiankulutuksesta.

Aalto-yliopiston tutkijat ovat juuri saaneet merkittävän Tulevaisuuden tekijät -rahoituksen ongelman ratkaisemiseksi.

"Rakennamme prototyypin uudesta laitteesta, joka tuottaa paljon aiempaa vähemmän hukkalämpöä laskennassa ja myös mahdollisesti pystyy nykyistä paljon nopeampaan laskentaan”, sanoo professori Sebastiaan van Dijken Aalto-yliopistosta.

Nykyisten tietokoneiden toiminta perustuu sähkövarauksiin, joita kuljetetaan kapeita kanavia pitkin. Tämä tuottaa väistämättä paljon lämpöä. Tutkijoiden suunnittelema menetelmä käyttäisi tiedon kuljettamiseen spinaaltoja, jotka ovat magneettisissa materiaaleissa ilmenevä aaltomainen ilmiö.

"Koska tähän ei kuuluisi lainkaan sähkön kuljettamista, pääsisimme eroon siihen liittyvästä hukkalämmöstä ja energiatehokkuus lisääntyisi merkittävästi”, van Dijken sanoo.

Spinaalloilla on tällä hetkellä hyvin vähän kaupallisia sovelluksia, eikä niitä vielä käytetä tietokoneissa. Niiden potentiaali tietojenkäsittelylle tunnustetaan kuitenkin laajalti ja sitä tutkitaan kiivaasti. Aallon projektista ainutlaatuisen tekee se, että tutkijat aikovat saada laitteen toimimaan ohjaamalla spinaaltoja voimakkaiden valokenttien avulla nanomittakaavassa.

"Kukaan ei ole aiemmin ohjannut spinaaltoja valolla tällä tavalla", sanoo professori Päivi Törmä Aalto-yliopistosta. 

Törmä ja van Dijken ovat optimistisia sen suhteen, että menetelmä voidaan saada toimimaan heidän suunnittelemallaan tavalla. Van Dijken ja hänen tutkimusryhmänsä ovat asiantuntijoita spinaaltojen manipuloinnissa. Törmä puolestaan johtaa ryhmää, jolla on vuosien kokemus työskentelystä valokenttien parissa nanomittakaavassa. Ryhmien yhteistyö johti äskettäin uuteen tapaan käyttää magnetismia valon ohjaamiseen.

"Se, mitä nyt haluamme tehdä, on pohjimmiltaan päinvastaista: haluamme käyttää valoa ohjaamaan magnetisaation dynamiikkaa", van Dijken selittää.

Törmä huomauttaa lisäksi, että nanomittakaavan valokentät ovat jo nyt menestyksekkäästi käytössä muun muassa biosensoreissa ja syövän hoidossa.

"Voimakkailla nanomittakaavan valokentillä on jo muita kaupallisia sovelluksia. Tämän pohjalta on mahdollista ennakoida, että ne voisivat olla suureksi hyödyksi myös tässä uudessa käyttötarkoituksessa.”

Päivi Törmä
Päivi Törmä johtaa ryhmää, jolla on vuosien kokemus työskentelystä valokenttien parissa nanomittakaavassa. Kuva: Mikko Raskinen

Massatuotantoon sopivaa teknologiaa alusta alkaen

Tutkijoiden päätavoite on kolmivuotisessa projektissa rakentaa toimiva logiikkaportti ja osoittaa sen alhainen energiankulutus. Logiikkaportit ovat tiedonkäsittelyn, ja siten myös tietokoneiden, peruselementtejä.

Tutkijat käyttävät työssään alusta asti massatuotantoon soveltuvaa teknologiaa ja etsivät alan yhteistyökumppaneita.

"On äärimmäisen tärkeää, että suomalainen teollisuus näkee varhain, millaisia teknologioita tulevaisuudessa voi olla odotettavissa", Törmä sanoo.

“Pitkään on ajateltu, että digitalisaatio edistyy lähinnä ohjelmistokehityksen kautta. Nyt myös laskennan fysikaalisen toteutuksen rajat ovat nousemassa yhä keskeisempään asemaan. Uusia oivalluksia tarvitaan.”

Tulevaisuuden tekijät -rahoitus on suuruudeltaan miljoona euroa ja se tulee Teknologiateollisuuden 100 -vuotissäätiöltä sekä Jane ja Aatos Erkon säätiöltä. Hankkeessa hyödynnetään OtaNanon kansallista tutkimusinfrastruktuuria. Tutkimusryhmät kuuluvat kansalliseen kvantti-instituuttiin InstituteQ.

Tutustu muihin Future Makers -hankkeisiin:

Mullistava valonlähde voi tuoda lisätehoa ja -turvaa kvantti-informaation siirtämiseen

Aalto-yliopistossa aletaan rakentaa vallankumouksellista fotoniparien kvanttilomittumiseen perustuvaa LED-valonlähdettä professori Pertti Hakosen johdolla. Tutkimusryhmä on saanut työhön Jane ja Aatos Erkon säätiöltä ja Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiöltä kolmivuotisen Tulevaisuuden tekijät -ohjelman rahoituksen.

Schematic view of the entangled photon generator. Picture: Ethan D. Minot.

Tutkijat kehittivät maailman tarkimman säteilyilmaisimen – nyt se räätälöidään osaksi kvanttitietokoneita

Professori Mikko Möttönen on tiiminsä ja yhteistyökumppaniensa kanssa saanut Jane ja Aatos Erkon säätiöltä ja Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiöltä Tulevaisuuden tekijät -ohjelman rahoituksen. Sen avulla he haluavat jalostaa bolometriteknologian osaksi paitsi kvanttitietokoneita myös superpakastimia ja terahertsikameroita. Kyseessä olisi ensimmäinen kerta, kun uutta bolometria hyödynnetään käytännön sovelluksissa.

Physicists at Aalto University and VTT have developed a new detector for measuring energy quanta at unprecedented resolution. Photo: Aalto University

Vettä hylkivä panssaripinnoite voi pian tehostaa aurinkopaneeleja ja tuoda suksiin lisäluistoa

Kesäkuussa Aalto-yliopiston tutkijat kertoivat kehittämästään pinnoitteesta Nature-lehdessä. Nyt pinnoitteesta aletaan kehittää lukuisia kaupallisia sovelluksia muun muassa rakennus- ja elektroniikkateollisuuden kanssa.

Taiteellinen kuva panssaroidusta superhydrofobisesta pinnasta, joka kestää iskuja ja hylkii nesteitä tehokkaasti. Kuva: Juha Juvonen.

Tutkijat kehittävät tietokonepeliä masennuksen hoitoon

Terapeuttisen toimintavideopelin pelaaminen voi helpottaa masennuspotilaiden oireita ja parantaa heidän kognitiivista toimintakykyään.

The computer game could help in the treatment of depression alongside therapy and drug treatment. Picture: Matias Palva’s research group, Aalto University.

Iskuja ja kuumuutta kestävä puuvaahto haastaa muovin ja sopii jopa syötäväksi

Uusi biomateriaali voisi korvata esimerkiksi styroksin ja kuplamuovin. Materiaalin kehitystä vauhditetaan tekoälyn avulla.

Because of its lightness, its heat insulation properties, and its strength, the foam material can also be used for insulation in buildings if it is both resistant to humidity and fire safe. Picture: Mikko Raskinen.

Edullinen aurinkokenno, joka myös näyttää hyvältä? Uusi teknologia mahdollistaa kennon painattamisen suoraan ikkunaan ja parvekekaiteeseen

Kennot voidaan valmistaa mustesuihkutulostimella ja silkkipainatuksella, ja niitä on myös mahdollista kuvioida tarpeiden ja toiveiden mukaan. Uuden teknologian myötä rakennukseen ei enää tarvittaisi erillisiä aurinkopaneelialueita.

A solar panel printed in the shape of the aalto 10th birthday party logo
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Two models wearing grey solar cell clothing.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat kehittivät vaatteisiin näkymätöntä aurinkokennoteknologiaa, joka kestää konepesua

Tutkijat kehittivät tekstiileihin pesunkestävää aurinkokennoteknologiaa, joka voidaan myös piilottaa kankaan alle. Kennojen näkymättömyys suojaa niitä - ja tekee vaatteista houkuttelevampia, sanovat fysiikan ja muotoilun tutkijat. Lupaavia sovelluskohteita löytyy esimerkiksi työ- ja retkeilyvaatteista sekä valoon reagoivista verhoista.
A night sky with the northern lights visible behind the silhouettes of trees. / Yötaivas, jossa revontulet näkyvät puiden siluettien takana.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Revontuulten äänet voi kuulla, vaikka niistä ei taivaalla näy vilaustakaan

Äänitallenteet paljastavat, että geomagneettiseen aktiivisuuteen liittyy ääniä, vaikka aktiivisuus olisi liian heikkoa saadakseen aikaan näkyviä revontulia
Ensimmäinen kuva Linnunradan keskellä olevasta mustasta aukosta. Kuva: EHT Collaboration
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tähtitieteilijät paljastivat ensimmäisen kuvan galaksimme ytimessä olevasta mustasta aukosta

Aalto-yliopiston, Turun yliopiston sekä Suomen ESO-keskuksen tutkijat osallistuivat käänteentekevän kuvan ottamiseen.
Aalto_glass_challenge_2018_Jaea Chang_Glass_Lake_Photo_Anne_Kinnunen_KDQ0207.jpg
Mediatiedotteet Julkaistu:

Koneen Säätiöltä 800 000 euron lahjoitus Aalto-yliopiston taiteiden ja suunnittelun alalle

Lahjoituksellaan säätiö haluaa tukea erityisesti taiteen tutkimusta ja taiteellista tutkimusta. Taustalla on toive turvata oppialojen moninaisuutta ja tutkimuksen vapautta koulutusaloilla, jotka ovat kärsineet rahoitusleikkauksista ja koulutuspolitiikan priorisoinneista.