Bukan hanya soal membuat chip lebih cepat, riset terbaru dari Jepang juga menargetkan masalah yang selama ini paling sulit diatasi di pusat data: panas berlebih. Para peneliti mengembangkan perangkat komputasi yang diklaim mampu mendorong performa prosesor hingga 1.000 kali lebih cepat tanpa menambah panas limbah secara signifikan.
Perhatian terhadap terobosan ini muncul karena peningkatan kecepatan chip selama ini selalu berhadapan dengan batas fisik yang sama. Semakin tinggi beban kerja, semakin besar pula energi yang harus dipasok dan semakin rumit pula cara membuang panas agar server tetap stabil.
Perangkat yang diuji itu disebut non-volatile switching element. Dalam pengujian laboratorium, alat ini mampu memproses satu bit dalam 40 pikodetik, jauh melampaui chip konvensional yang umumnya kesulitan memproses bit dalam waktu kurang dari satu nanodetik.
Material ultratipis dan cara kerjanya
Tim peneliti membangun perangkat tersebut dari lapisan ultratipis tantalum dan Mn3Sn di atas dasar silika. Tantalum dipakai karena mampu menyimpan dan melepaskan listrik, sedangkan Mn3Sn dipilih karena bersifat antiferromagnetik dan lebih tahan terhadap gangguan medan magnet luar.
Untuk mengendalikan perangkat, peneliti memakai generator pulsa ultracepat yang menghasilkan semburan cahaya sekitar 60 pikodetik per pulsa dalam rentang panjang gelombang komunikasi normal. Setiap pulsa 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 munculnya gaya magnet yang sangat kecil, yang menunjukkan mekanisme kerjanya berjalan sesuai rancangan.
Stabil di pengujian jangka panjang
Selain cepat, perangkat ini juga menunjukkan ketahanan yang baik saat diuji berulang. Dalam pengujian, non-volatile switching element tetap bekerja konsisten dan andal meski menjalani lebih dari satu miliar siklus switching.
Sifat penyimpanan datanya juga menjadi nilai tambah penting. Perangkat ini tidak membutuhkan aliran listrik terus-menerus agar informasi magnetiknya tetap tersimpan, sehingga konsumsi dayanya lebih efisien dibanding pendekatan yang bergantung pada suplai listrik tanpa henti.
Relevansi untuk pusat data
Bagi pusat data, efisiensi semacam ini sangat berarti. Operator harus menjaga ribuan server tetap aktif, lalu mengelola panas besar yang muncul dari prosesor agar sistem tidak melambat atau rusak.
Karena kebutuhan dayanya rendah dan panas yang dihasilkan juga rendah, perangkat ini dinilai berpotensi memangkas kebutuhan daya prosesor secara drastis. Dampaknya bukan hanya pada skala besar seperti cloud data center yang menampung puluhan ribu server, tetapi juga pada komputer sehari-hari yang kerap mengandalkan kipas saat bekerja berat.
Meski hasil awal terlihat menjanjikan, penerapan massal masih menghadapi sejumlah hambatan. Tantalum merupakan logam langka yang sudah banyak dibutuhkan, sehingga pasokannya bisa menjadi kendala dalam produksi.
Perangkat ini juga masih perlu diuji di luar kondisi laboratorium karena faktor lingkungan dapat memengaruhi hasilnya. Setelah demonstrasi laboratorium yang berhasil, para ilmuwan menyebut prototipe chip bisa siap pada 2030.
Tim peneliti juga menilai pengurangan ketebalan lapisan Mn3Sn masih dapat menekan konsumsi daya lebih jauh. Tantangan berikutnya adalah menciptakan proses manufaktur massal yang layak secara komersial agar perangkat semacam ini bisa diproduksi dalam skala besar.
