29.11.2023

Rechnen mit Abwärme

Kontrollierte und verstärkte Wärmesignale führen logische Rechenoperationen aus.

Durch eine geschickte Kombination verschiedener Materialien lässt sich die Abwärme von technischen Geräten zum Rechnen nutzen. Das zeigen Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Central South University in China anhand von umfangreichen Berechnungen und Simulationen. Mit dem neuen Ansatz lassen sich Wärmesignale gezielt steuern und für den Einsatz in energieschonender Datenverarbeitung verstärken. 

Abb.: Informationssignale sind als thermischen Spinwellen kodiert. Logische...
Abb.: Informationssignale sind als thermischen Spinwellen kodiert. Logische Operationen werden mit zwei Magnetstreifen als Signalleitern realisiert und mit Strompuls in einem Abstandshalter präzise gesteuert.
Quelle: AG Berakdar

Durch alle technischen Geräte fließt elektrischer Strom. Dabei entsteht Wärme und Energie geht verloren. „Seit Jahrzehnten sucht man nach Methoden, um diese verlorene Energie wieder in Elektronik zu nutzen“, sagt der Physiker Jamal Berakdar. Das sei eine äußerst anspruchs­volle Heraus­forderung, da Wärmesignale nur sehr schwer lenkbar und kontrollierbar seien. Beides sind jedoch wichtige Bedingungen, um Daten auf Basis von Wärmesignalen zuverlässig verarbeiten zu können. Gemeinsam mit zwei Kollegen der chinesischen Central South University führte Berakdar umfangreiche Berechnungen durch. 

Die Idee: Anstatt herkömmlicher elektronischer Schaltkreise kommen nicht leitende magnetische Streifen in Verbindung mit einem normalen Metall­abstandshalter zum Einsatz. „Diese ungewöhnliche Kombination ermöglicht es, Wärmesignale kontrolliert zu führen und zu verstärken, um so logische Rechen­operationen und Wärmedioden zu betreiben“, so Berakdar. Ein Nachteil der neuen Methode ist allerdings ihre Geschwindigkeit. 

Mit diesem Verfahren erreichen wir keine Rechen­geschwindigkeit, wie wir sie in modernen Smartphones haben“, so Berakdar. Deshalb sei die neue Methode vermutlich weniger für den Einsatz für Alltags­elektronik relevant, sondern vielmehr für die eine neue Generation von Rechenmaschinen, mit denen energie­sparende Berechnungen durchgeführt werden sollen. „Unsere Technologie kann einen Beitrag zur Energieeffizienz in der Informations­technologie leisten, indem sie Überschuss­wärme sinnvoll nutzt“, sagt Berakdar.

MLU Halle Wittenberg / JOL

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