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

Hands touching the surface of the rippling water.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Sustainability Science Days 2023: Esitelmäkutsu

Esitelmäkutsu SSD 2023 konferenssiin on nyt avoinna!
SemiSummer2023 Kampanja banneri
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Puolijohdealan kesätyöpaikkoja avoinna tutkimusryhmissä

Puolijohdealan kasvu ja sen investoinnit Suomessa lisäävät myös osaajien tarvetta. Neljän puolijohdealan yrityksen Picosun, an Applied Materials Companyn, Okmeticin, Muratan ja KYOCERA Tikitin lahjoituksen turvin Aalto-yliopisto tarjoaa mielenkiintoisia kesätyöpaikkoja Sähkötekniikan ja Kemian tekniikan korkeakouluissa kesällä 2023. Semi-Summer 2023 -ohjelman kesätyöpaikat tarjoavat mahdollisuuden kartuttaa osaamista, jota tarvitaan kasvavalla ja kansainvälisellä alalla.
Venla Kaislo Sähkötekniikan päivä -tapahtumassa. Kuva: Filmbutik.
Opinnot Julkaistu:

Opiskelija Venla Kaislo: Odotan innolla kaikkea siistiä, mitä pääsen tulevaisuudessa tekemään

Bioinformaatioteknologiaa ensimmäistä vuotta opiskeleva Venla on ollut yllättynyt siitä, kuinka aktiivinen opiskelijaelämä Aalto-yliopistossa on.
Cover for workshops within LuoTo -project.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Millainen on luovien alojen kestävä tulevaisuus? Osallistu työpajoihin ja vaikuta!

Osallistu LuoTo-hankkeen työpajoihin keväällä 2023 ja tule pohtimaan ja ideoimaan yhdessä, miltä luovien alojen kestävä tulevaisuus näyttää ja millaisin askelin sitä kohti kuljetaan.