Mikrobrikker er uunnværlige i alt fra telefonen til bilen din. Nå er en ny generasjon brikker underveis. Midt i denne revolusjonen jobber forskningsleder Christopher Dirdal og seniorforsker Daniel Nilsen Wright. I forbindelse med at SINTEF MiNaLab fyller 20 år, deltar de i en tredelt miniserie om mikrobrikker i podkasten «Smart forklart».
Episode to handler om mulighetene som ligger i å bruke lysstråler for å videreutvikle dagens teknologi på to viktige områder: hastighet og energiforbruk. Det er nemlig en utfordring at kunstig intelligens krever mange utregninger, som også krever mye strøm.
– Innen 2027 er det anslått at utregninger knyttet til kunstig intelligens vil bruke like mye energi som land som Sverige, Nederland eller Argentina, sier Dirdal i podkasten.
Noe av årsaken til strømforbruket er at strømmene i mikrobrikker skaper mye varme, som i gamle glødepærer. Da må energi brukes for å kjøle ned brikkene, som for eksempel i det nye datasenteret til Google i Skien, som anslagsvis vil bruke 5 prosent av Norges totale strømforbruk.
– I en prosessor går det strøm når transistorene slår seg av og på. Når det skjer fort og mange ganger, blir det utrolig varmt, sier Wright.
Lys skaper ikke samme varmeutvikling som elektronikk
De mest avanserte mikrobrikkene som brukes til KI i dag, for eksempel NVIDIA H100, har et effektforbruk som skaper like mye varme som en panelovn. Samtidig bruker menneskets hjerne bare en brøkdel av denne energien til å gjøre minst like avanserte utregninger.
En løsning, som Dirdal og Wright blant annet forsker på i EU-prosjektet COMPAS, er å bruke lys i tillegg til elektronikk.
– Bruk av lys skaper ikke den samme varmeutviklingen, forklarer Wright.
I høst annonserte TSMC, et av verdens største mikrobrikke-selskaper, at de nå satser på bruk av lys i tillegg elektrisk strøm i avanserte mikrobrikker.
– Hvis du skal få lys til å følge en kanal, så må du først få koblet lyset inn. Lys skinner ut av en pære i alle retninger, men for å bruke lyset i brikker må vi tvinge det til å følge visse baner på en mikrobrikke, sier Wright.
Lys kan brukes til å oppdage molekyler i vann og luft
I forskningsprosjektet COMPAS, som SINTEF leder, er målet å finne ut hvordan denne type teknologi kan brukes for å oppdage molekyler i vann og luft. Her løses utfordringen med lyskanaler ved å ta i bruk såkalte «metamaterialer».
– Dette er bittesmå strukturer som lar oss temme lyset på helt nye måter. I starten ønsket man faktisk å lage usynlighetskapper med slike strukturer, men det viste seg å være for vanskelig. Da fant man istedenfor ut at de kan brukes til å gjøre mye nytte for seg i lysbaserte mikrobrikker, sier Dirdal.
Helt konkret handler det om å koble lys inn i en slags “lys-tunnel” eller optisk fiber på en silisiumplate. Dersom lyset i tunnelen «føler» i molekyler på veien, vil teknologien kunne fortelle oss om det finnes forurensning i vannet eller luften man måler.
– Mange tror vi har sensorer for alt i verden, men det har vi ikke. Ta badevannet ditt som eksempel: Folk tror vi vet hva som finnes av forurensninger i det, men det vet vi ikke. For å få vite det må vi i dag ta vannprøver, og sende det til en proff lab. Det tar tid og koster mye penger. I COMPAS vil vi bruke lys til å kunne detektere enkeltmolekyler i vann og luft på små sensorer, som blir billigere og mer tilgjengelige, sier Wright.
I mange sammenhenger kan lysstrålers samspill med omgivelsene nemlig gi oss mer og bedre informasjon om verden, enn det dagens elektroniske sensorbrikker gjør.
– Dagens sensorer trenger ofte milliarder på milliarder med molekyler for i det hele tatt å gi et signal for å si om det er en forurensning. Med lys har man vist at man kan måle ett enkelt molekyl, noe som vil vi gjøre detektering kjappere, og i tillegg få informasjonen inn på en bitteliten brikke istedenfor et stort system, sier Dirdal.
Visste du at…
- Nylig ble det anslått at Norge alene kan oppnå 2000 milliarder kroner i økte verdier frem til 2040, ifølge Samfunnsøkonomisk analyse.
- Det er verdt å merke seg at forskningen på lysbrikker også representerer en ny sjanse for Europa (med Norge på laget) til å forske frem og lage nye avanserte mikrobrikker.
SMART FORKLART
Nysgjerrig? Lytt til hele forklaringen om hvordan SINTEFs forskere jobber for å temme lyset i podkasten «Smart forklart»
