Ällistyttävä ennuste: Tietokoneet käyttävät kaiken tuotetun sähkön vuonna 2040 – jos nykymeno jatkuu

Suomalaistutkijoiden läpimurto voi auttaa kehittämään energiaa säästävän ja tehokkaan kvanttitietokoneen.

Julkaistu yli kolme vuotta sitten

Tietokoneille ei välttämättä riitä tulevaisuudessa energiaa, ennustaa Yhdysvaltojen puolijohdeteollisuuden etujärjestö Semiconductor Industry Association (SIA).

Järjestön tutkijoiden mukaan tietokonesirujen tarvitsema sähkön määrä ylittää koko maailman energiatuotannon vuoteen 2040 mennessä, mikäli tietokoneiden suunnittelussa ei saavuteta radikaaleja parannuksia.

Ongelmaa ei aiheuta pelkästään tietokoneiden jatkuvasti lisääntyvä käyttö, vaan myös entistä tehokkaammat mikroprosessorien sirut, jotka kuluttavat merkittävästi edeltäjiään enemmän sähköä.

Tietokoneiden laskentatehon kehitys on seurannut ns. Mooren lakia. Sen mukaan mikropiirien transistorien määrä kaksinkertaistuu noin kahden vuoden välein.

Nyt tahtia uhkaa maailman energiankulutuksen räjähdysmäinen kasvu.

“Ei ole realistista odottaa, että maailman energiantuotanto omistautuisi sataprosenttisesti tietokoneiden laskentatehoihin”, toteaa SIA:n varapääjohtaja Celia Merzbacher.

”Kysymys kuuluu, miten teemme enemmän vähemmällä ja missä ovat mahdollisuudet puristaa enemmän ulos järjestelmästä?”

 

Osa tutkijoista pitää SIA:n laskelmia liian pessimistisinä. Monet heistäkin kuitenkin epäilevät, ettei tietokoneiden laskentatehon kehitys jatku nykytahdilla.

”Mikään ei voi jatkaa kasvuaan räjähdysmäisellä tahdilla ikuisesti”, toteaa IP Group Semiconductor Engineering -yhtiön teknologiajohtaja Chris Rowen.

Hän uskoo, että edessä on taloudesta tuttu malli: kun jostakin on niukkuutta, siitä tulee kallista ja ihmiset alkavat hakea vaihtoehtoja.

Tulevaisuuden kehitystä arvioitaessa ei usein kyetä ottamaan huomioon yllättäviä keksintöjä ja läpimurtoja, muistuttaa dosentti Mikko Möttönen Aalto-yliopistolta.

”Totta kuitenkin on, että nyt Mooren lakia todellakin koetellaan. Jo nyt on jo pitänyt tehdä muutakin vain pienentää transistorien kokoa.”

Möttösen mukaan seuraavaksi tehokuutta haetaan muutoksista transistoreiden rakenteeseen. Lisäksi parannuksia toivotaan nanoputkien kaltaisista uusista materiaaleista.

Taiteilijan näkemys mikroaaltofotoneilla tuotetusta lämmönsiirrosta.
Taiteilijan näkemys mikroaaltofotoneilla tuotetusta lämmönsiirrosta. © HEIKKA VALJA / LEHTIKUVA / HANDOUT /  AALTO-YLIOPISTO © LEHTIKUVA / HANDOUT / HEIKKA VALJA AALTO-YLIOPISTO

Suuret odotukset kohdistuvat myös niin kutsuttuun kvanttilaskentaan. Siinä missä nykytietokone laskee yhden laskutoimituksen kerrallaan, kvanttitietokone voi laskea useita yhtä aikaa.

Näin saavutetaan nykytietokoneisiin verrattuna lisää nopeutta vähentäen samalla energian kulutusta merkittävästi.

Kvanttitietokoneiden rakentaminen ja toiminta edellyttää kuitenkin jäähdytystekniikan kehitystä. Tällä saralla jättiharppauksen on ottanut Möttösen johtama Aalto-yliopiston tutkijaryhmä, jonka työn tulokset julkaistiin helmikuussa 2016.

Suomalaiset onnistuivat siirtämään lämpöä tehokkaimmalla mahdollisella tavalla fotonihiukkasia hyödyntämällä metrin pituisen matkan. Aiemmin tällä äärimmäisen tehokkaalla jäähdytystavalla lämpöä oli kyetty siirtämään vain matkalla, joka vastaa yksittäisen hiuksen paksuutta.

Aalto-yliopiston tutkijat onnistuivat siis parantamaan menetelmää kymmentuhatkertaisesti.

”Kun puhutaan tietokoneen prosessorista, metri on valtavan pitkä matka. Kukaan ei haluaa rakentaa suurempaa prosessoria”, Möttönen tähdentää.

Möttösen tutkimusryhmän innovaatio auttaa viilentämään kvanttitietokonetta poikkeuksellisen tehokkaasti ja siten, että se ei hankaloita koneen muuta toimintaa.

 

Myös energiankulutuksen suhteen toivoa suurista harppauksista on.

Kalifornian Berkleyn yliopston tutkijat ovat osoittaneet, että fysiikan lakien puitteissa on mahdollista valmistaa siru, joka voisi leikata energiankulutuksen jopa miljoonasosaan nykyisestä.

Kestää kuitenkin vielä pitkään ennen kuin teknologia saavuttaa tavalliset tietokoneet.

 

Juttu julkaistu 23. 2. 2017 klo 18:32. Juttua muutettu 28. 2. 2017 klo 11:04. Lisätty tieto siitä, että Möttösen työryhmän kokeessa lämpöä onnistuttiin siirtämään tehokkaimmalla mahdollisella tavalla.