研究者がコンピューティングによる熱廃棄を60%削減(Researchers cut computing heat waste by 60 percent)

2026-09-08 スタンフォード大学

スタンフォード大学とSLAC国立加速器研究所の研究チームは、電気デバイスで消費されたエネルギーが熱として失われる「エネルギー散逸」を高精度に測定する手法を開発した。液晶をモデル系として、電圧を変化させた際の電流と分子の回転を電気測定と偏光顕微鏡で同時に追跡し、電気系の容量変化からリアルタイムのエネルギー散逸量を算出した。この手法は、温度上昇を直接測定する従来法より微小な散逸を捉えられ、熱変化に換算すると10ナノケルビン級の感度に相当する。さらに機械学習を用いて電圧の印加パターンを最適化した結果、廃熱を60%以上削減できた。研究チームは今後、コンピューターのメモリなどに使われる強誘電体デバイスへ手法を適用し、さまざまな電気デバイスのエネルギー損失を測定・最適化することを目指している。

<関連情報>

非平衡相転移における散逸の定量化と最小化 Quantifying and Minimizing Dissipation in a Nonequilibrium Phase Transition

Yuejun Shen, Zhiqiao Jiang, Yunfan Huang, Brittany M. Cleary, Yixing Jiang, Grant M. Rotskoff, and Aaron M. Lindenberg
Physical Review Letters  Published: 12 August, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/z9nd-rprp

Abstract

In a finite-time continuous phase transition, topological defects emerge as the system undergoes spontaneous symmetry breaking. The Kibble-Zurek mechanism predicts how the defect density scales with the quench rate. During such processes, dissipation also arises as the system fails to adiabatically follow the control protocol near the critical point. Quantifying and minimizing this dissipation is fundamentally relevant to nonequilibrium thermodynamics and practically important for energy-efficient computing and devices. However, experimentally measuring dissipation, and optimizing control protocols to reduce it, remains almost completely unexplored. In addition, it is an open question to what extent dissipation is correlated with the formation of defects. Here, we directly measure the dissipation generated during the voltage-driven Fréedericksz transition of a liquid crystal with a sensitivity equivalent to a ∼10 nanokelvin temperature rise. We observe Kibble-Zurek scaling of dissipation and its breakdown, both in quantitative agreement with existing theoretical works. We further implement a fully automated in situ optimization approach that discovers more optimal driving protocols, reducing dissipation by a factor of 3 relative to a simple linear protocol.

0403電子応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました