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La Computación enfrenta una crisis energética a menos que se encuentren nuevas tecnologías.

No hay duda de que la revolución de la tecnología de la información ha mejorado nuestras vidas. Pero a menos que encontremos una nueva forma de tecnología electrónica que use menos energía, la informática se verá limitada por una “crisis de energía” dentro de décadas.

Incluso los eventos más comunes en nuestra vida cotidiana: hacer una llamada telefónica, enviar un mensaje de texto o revisar un correo electrónico, utilizan la potencia informática. Algunas tareas, como ver videos, requieren mucho procesamiento y, por lo tanto, consumen mucha energía.

Debido a la energía requerida para alimentar los enormes centros de datos y redes del tamaño de una fábrica que conectan internet, la informática ya consume el 5% de la electricidad global. Y esa carga de electricidad se duplica cada década.

Afortunadamente, hay nuevas áreas de la física que prometen un uso masivo de energía reducida .

El fin de la ley de Moore

Los seres humanos tienen una demanda insaciable de poder informático.

Los teléfonos inteligentes, por ejemplo, se han convertido en uno de los dispositivos más importantes de nuestras vidas. Los usamos para acceder a los pronósticos del tiempo, trazar la mejor ruta a través del tráfico y ver la última temporada de nuestra serie favorita.

Y esperamos que nuestros teléfonos inteligentes sean aún más potentes en el futuro. Queremos que traduzcan el idioma en tiempo real, nos transporten a nuevas ubicaciones a través de la realidad virtual y nos conecten a la “Internet de las cosas”.

La computación requerida para hacer que estas funciones se conviertan en realidad no ocurre en nuestros teléfonos. Más bien, está habilitado por una gran red de torres de telefonía móvil, redes Wi-Fi y centros de datos masivos del tamaño de una fábrica conocidos como “granjas de servidores”.

Durante las últimas cinco décadas, nuestra creciente necesidad de computación se vio ampliamente satisfecha por las mejoras incrementales en la tecnología de computación convencional basada en silicio chips cada vez más pequeños, más rápidos y más eficientes. Nos referimos a esta reducción constante de componentes de silicio como “Ley de Moore”

La ley de Moore lleva el nombre del cofundador de Intel, Gordon Moore, quien observó que “el número de transistores en un chip se duplica cada año, mientras que los costos se reducen a la mitad”

Pero a medida que llegamos a los límites de la física y la economía básicas, la ley de Moore se está reduciendo. Podríamos ver el final de los aumentos de eficiencia utilizando la tecnología actual basada en silicio en 2020.

Nuestra creciente demanda de capacidad de computación debe satisfacerse con ganancias en la eficiencia de la computación, de lo contrario, la revolución de la información se desacelerará debido al hambre de poder.

Lograr esto de manera sostenible significa encontrar una nueva tecnología que use menos energía en la computación. Esto se conoce como una solución “más allá de CMOS”, ya que requiere un cambio radical de la tecnología CMOS (metal-óxido-semiconductor complementario) basada en silicio que ha sido la columna vertebral de la informática durante las últimas cinco décadas.

¿Por qué la computación consume energía?

El procesamiento de la información requiere energía. Al usar un dispositivo electrónico para ver televisión, escuchar música, modelar el clima o cualquier otra tarea que requiera que la información sea procesada, hay millones y millones de cálculos binarios que se realizan en segundo plano. Hay ceros y unos que se voltean, se agregan, se multiplican y se dividen a velocidades increíbles.

El hecho de que un microprocesador pueda realizar estos cálculos miles de millones de veces por segundo es exactamente el motivo por el que las computadoras han revolucionado nuestras vidas.

Pero el procesamiento de la información no es gratis. La física nos dice que cada vez que realizamos una operación, por ejemplo, sumando dos números, debemos pagar un costo de energía.

Y el costo de hacer cálculos no es el único costo de energía de ejecutar una computadora. De hecho, cualquier persona que haya usado una computadora portátil balanceada en sus piernas atestiguará que la mayor parte de la energía se convierte en calor. Este calor proviene de la resistencia que la electricidad encuentra cuando fluye a través de un material.

Es esta energía desperdiciada debido a la resistencia eléctrica que los investigadores esperan minimizar.

Avances recientes apuntan a soluciones

La ejecución de una computadora siempre consumirá algo de energía, pero estamos muy lejos (varios órdenes de magnitud) de las computadoras que son tan eficientes como lo permiten las leyes de la física. Varios avances recientes nos dan la esperanza de soluciones totalmente nuevas a este problema a través de nuevos materiales y nuevos conceptos.

Materiales muy finos

Un paso reciente en la física y la ciencia de los materiales es poder construir y controlar materiales que tienen solo uno o unos pocos átomos de espesor. Cuando un material forma una capa tan delgada y el movimiento de los electrones se limita a esta hoja, es posible que la electricidad fluya sin resistencia.

Hay una variedad de diferentes materiales que muestran esta propiedad (o podrían mostrarla). Nuestra investigación en el Centro ARC para futuras tecnologías de electrónica de bajo consumo ( FLEET ) se centra en el estudio de estos materiales.

El estudio de las formas

También hay un emocionante salto conceptual que nos ayuda a comprender esta propiedad del flujo de electricidad sin resistencia.

Esta idea proviene de una rama de las matemáticas llamada “topología”. La topología nos dice cómo comparar formas: qué las hace iguales y qué las hace diferentes.

Imagen de una taza de café hecha de arcilla blanda. Podrías aplastar y apretar lentamente esta forma hasta que se vea como una dona. El agujero en el asa de la copa se convierte en el agujero en la dona, y el resto de la copa se aplasta para formar parte de la dona.

La topología nos dice que las donas y las tazas de café son equivalentes porque podemos deformar una en la otra sin cortarla, hacer agujeros o unir las piezas.

Resulta que las reglas extrañas que gobiernan cómo fluye la electricidad en capas delgadas se pueden entender en términos de topología. Esta visión fue el foco del Premio Nobel 2016, y está impulsando una enorme cantidad de investigaciones actuales en física e ingeniería.

Queremos aprovechar estos nuevos materiales y conocimientos para desarrollar la próxima generación de dispositivos electrónicos de bajo consumo, que se basarán en la ciencia topológica para permitir que la electricidad fluya con una resistencia mínima.

Este trabajo crea la posibilidad de una continuación sostenible de la revolución de TI, sin el enorme costo de la energía.

By Theconversation.com

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Written by @Kadore7

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