Les systèmes informatiques produisent une chaleur considérable. D'où la nécessité de ventilateurs en nombre dans les centres informatiques. Et les smartphones ne sont pas en reste, ils chauffent aussi. Réduire la consommation d'énergie est donc l'un des défis majeurs de l'informatique.

Landauer

Cette démarche a cependant en théorie une limite basse, déjà établie au siècle précédent, dans les années 60, par Rolf Landauer (1927-1999, alors chercheur scientifique chez IBM). Cette limite dépend de la température. Pour autant, Jan Klaers, chercheur de l'institut MESA+ de l'université de Twente (Pays-Bas) vient de démontrer que, lorsque les opérations de l'ordinateur et la température sont synchronisées de manière optimale, il est possible de descendre au-dessous de cette limite. Cette nouvelle théorie, présentée sur le site de la Revue Physical Review Letters, permettrait de fabriquer des systèmes électroniques moins gourmands en énergie.

Thermodynamique

Bien avant l’introduction à grande échelle des systèmes informatiques, Landauer a publié en 1961 son fameux article relatif à la quantité minimale d’énergie nécessaire pour changer un bit, à savoir passer d'un état « 1 » à un état « 0 ». Cette énergie minimale dépend de la température, selon le « principe de Landauer », qui lie les lois de la thermodynamique et celles de la théorie de l'information. En 2012, cette théorie a été vérifiée expérimentalement (comme le relate la Revue Nature).

Limite basse

Pour la génération actuelle d’ordinateurs, cette limite basse n'est pas encore à l’ordre du jour et nous en sommes encore loin. Mais tout pourrait bien s’accélérer au cours des prochaines décennies. Les machines informatiques atteindront-elles alors un limite fondamentale encore inférieure ? Jan Klaers vient ainsi de démontrer la possibilité de diminuer l’énergie nécessaire en synchronisant de manière optimale le fonctionnement et la température d'un ordinateur. L’effacement d'un bit nécessite alors un peu moins d’énergie, et même moins que la limite de Landauer.

Creux de température

Si vous examinez les nombreuses opérations logiques qu’effectue un ordinateur, vous allez vous rendre compte de la complexité de son profil de température. Le phénomène n'est pas vraiment étonnant, car le changement de température consécutif à une opération est également perçu par les « portes » logiques proches. Malgré la complexité, un élément est certain : la température et la consommation d'énergie suivent le même rythme, celui de l'horloge du processeur. Il s'agit d'états thermiques dits « compressés ». Il peut donc arriver qu'une opération identique utilise moins d'énergie, selon le cas, et c'est uniquement une question de synchronisation. En se situant à chaque fois précisément dans la partie basse du profil de température, le système peut exécuter la même opération à une température plus basse, et donc consommer encore moins d'énergie que la limite prédite par Landauer.

Modèle minimaliste

Pour obtenir ce résultat, Jan Klaers a analysé un modèle minimaliste d'une mémoire contenant 1 bit. Cette expérience ressemble à s'y méprendre à celle réalisée par Landauer lui-même pour démontrer son principe. Il s'agit d'une base fondamentale, selon le chercheur. Les travaux ultérieurs devront démontrer comment synchroniser concrètement la température et quels avantages il est possible d'en tirer pour la consommation d'énergie.

Source : Université de Twente (Pays-Bas)