El consumo de energía en el sector de TIC aumentará a diez petavatios-hora o diez billones de kilovatios-hora para 2030.
Por ello, se ha desarrollado una técnica que potencialmente reducirá a la mitad la energía requerida para grabar datos en los servidores y facilitará la construcción de arquitecturas complejas de servidores y memorias multinivel.
Ya sea enviando a los abuelos algunas fotos de los niños, transmitiendo una película o música o navegando por Internet durante horas, el volumen de datos que genera nuestra sociedad aumenta constantemente. Pero esto tiene un precio, ya que el almacenamiento de datos consume grandes cantidades de energía.
Suponiendo que los volúmenes de datos continúen creciendo en el futuro, el consumo de energía relacionado también aumentará en varios órdenes de magnitud. Por ejemplo, se predice que el consumo de energía en el sector de TI aumentará a diez petavatios-hora, o diez billones de kilovatios-hora, para 2030. Esto sería equivalente a aproximadamente la mitad de la electricidad producida en todo el mundo.
Electrones que se reutilizan
Pero, ¿qué se puede hacer para reducir la cantidad de energía que necesitan los servidores para funcionar? Los datos generalmente se almacenan en una capa de almacenamiento con la ayuda de la magnetización.
Para escribir o eliminar los datos, las corrientes eléctricas pasan a través de estructuras ferromagnéticas de múltiples capas, donde los electrones que fluyen generan un campo magnético efectivo. La magnetización en la capa de almacenamiento «detecta» este campo magnético y cambia su dirección en consecuencia.
Sin embargo, cada electrón solo se puede usar una vez. Un importante paso adelante en el almacenamiento de datos con eficiencia energética implica la construcción de una capa de almacenamiento ferromagnético que incluye un metal pesado como el platino. A medida que la corriente fluye a través del metal pesado, los electrones cambian de un lado a otro entre el metal pesado y la capa ferromagnética.
La gran ventaja de esta técnica es que los electrones se pueden reutilizar varias veces, y la corriente requerida para escribir los datos disminuye en un factor de hasta mil.
Diagrama de una arquitectura de dispositivo que emplea el efecto piezoeléctrico. Imagen: Kläui lab
Duplicar la eficiencia del proceso de almacenamiento
Un equipo de investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), que trabaja en colaboración con investigadores de Forschungszentrum Jülich, ha encontrado una manera de duplicar la eficiencia de este proceso de almacenamiento una vez más. «En lugar de utilizar silicio simple como sustrato, como es la práctica habitual, empleamos un cristal piezoeléctrico«, explicó la científica de JGU Mariia Filianina.
«Adjuntamos la capa de metal pesado y la capa ferromagnética a esto», sostuvo la científica. Si luego se aplica un campo eléctrico al cristal piezoeléctrico genera tensión mecánica en el cristal. Esto a su vez aumenta la eficiencia de la conmutación magnética de la capa de almacenamiento. El alcance de la mejora de la eficiencia está determinado por el sistema y la intensidad del campo eléctrico.
«Podemos medir directamente el cambio en la eficiencia y, en consecuencia, ajustar la intensidad de campo apropiada, en realidad sobre la marcha», dijo Filianina. En otras palabras, es posible controlar directamente la eficacia del proceso de conmutación magnética mediante el ajuste de la intensidad del campo eléctrico al que está expuesto el cristal piezoeléctrico.
Esto no solo viene con una reducción significativa del consumo de energía, sino que también hace posible el uso de arquitecturas complejas para el almacenamiento de información.
«Con este método, podemos realizar fácilmente memorias multinivel y arquitecturas complejas de servidores», afirmó Filianina, candidata a doctorado en Ciencia de los Materiales en la Escuela de Graduados de Excelencia de Mainz y en el Centro de Graduados Max Planck.
Los resultados de estas investigaciones han sido publicados en Physical Review Letters.
