Sebuah perangkat komputasi baru dari Jepang diklaim mampu mempercepat kerja prosesor hingga 1.000 kali tanpa memicu lonjakan panas limbah secara signifikan. Temuan ini langsung menarik perhatian karena panas berlebih selama ini menjadi salah satu penghambat terbesar ketika chip didorong untuk bekerja lebih cepat.
Di pusat data, masalah itu terasa lebih berat karena ribuan server harus tetap menyala dengan suplai energi besar. Setelah itu, panas yang muncul juga harus dibuang agar sistem tidak melambat atau rusak, sehingga peningkatan performa chip tidak hanya soal kecepatan, tetapi juga soal efisiensi termal.
Perangkat baru ini disebut non-volatile switching element. Dalam uji laboratorium, alat tersebut mampu memproses satu bit dalam 40 pikodetik, jauh melampaui chip konvensional yang umumnya kesulitan memproses bit dalam waktu kurang dari satu nanodetik.
Cara kerja material ultratipis
Tim peneliti membangun perangkat itu dari lapisan ultratipis tantalum dan Mn3Sn di atas dasar silika. Tantalum dipilih karena dapat menyimpan dan melepaskan listrik, sedangkan Mn3Sn digunakan karena bersifat antiferromagnetik dan lebih tahan terhadap gangguan medan magnet luar.
Untuk mengendalikannya, peneliti memakai generator pulsa ultracepat yang menghasilkan semburan cahaya sekitar 60 pikodetik per pulsa dalam rentang panjang gelombang komunikasi normal. Setiap pulsa cahaya kemudian melewati fotodetektor berkecepatan tinggi bernama uni-traveling-carrier photodiode atau UTD-PD.
Saat perangkat menerima pulsa dari UTD-PD, spin elektron di dalam material berubah. Peneliti juga mencatat adanya gaya magnet yang sangat kecil saat proses itu berlangsung.
Stabil dalam pengujian panjang
Selain cepat, perangkat ini juga menunjukkan ketahanan yang baik selama pengujian. Dalam percobaan, sistem tersebut tetap bekerja konsisten dan andal meski menjalani lebih dari satu miliar siklus switching.
Sifat penyimpanan datanya juga menjadi keunggulan penting. Perangkat ini tidak membutuhkan aliran listrik terus-menerus agar informasi magnetiknya tetap tersimpan, sehingga karakter non-volatile-nya bisa membantu menekan kebutuhan daya.
Potensi untuk pusat data
Para peneliti menilai panas limbah masih menjadi penghalang besar untuk meningkatkan daya komputasi pusat data. Karena kebutuhan dayanya rendah dan panas yang dihasilkan juga rendah, non-volatile switching element dinilai berpotensi memangkas kebutuhan daya prosesor secara drastis.
Manfaatnya tidak hanya terasa di skala besar. Di komputer biasa, kipas sering berputar lebih kencang ketika perangkat bekerja berat, sedangkan cloud data center dapat menampung puluhan ribu server yang masing-masing menghasilkan panas besar dari prosesor mereka.
Meski hasil laboratorium ini menjanjikan, penerapan massal masih menghadapi sejumlah tantangan. Tantalum merupakan logam langka yang sudah banyak dibutuhkan, sehingga pasokannya bisa menjadi kendala.
Perangkat ini juga perlu diuji di luar kondisi laboratorium karena faktor lingkungan dapat memengaruhi hasilnya. Setelah demonstrasi yang berhasil, para ilmuwan menyebut prototipe chip bisa siap pada 2030, sementara penipisan lapisan Mn3Sn masih dinilai dapat menekan konsumsi daya lebih jauh.