Ein Forschungsteam der University of California San Diego hat einen neuartigen Chip entwickelt, der den Energieverbrauch von Rechenzentren erheblich senken könnte. Die in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlichte Studie eröffnet neue Wege für den Bau kompakterer und energieeffizienterer Computersysteme.
Das Herzstück des neuen Chips ist eine Verbesserung des DC-DC-Abwärtswandlers. In Rechenzentren wird Strom üblicherweise mit 48 Volt verteilt, aber Prozessoren wie GPUs benötigen nur 1 bis 5 Volt. Herkömmliche Wandler, die auf magnetischen Komponenten wie Induktivitäten basieren, sind bei der Verarbeitung großer Spannungsabfälle in ihrer Effizienz begrenzt und können den wachsenden Rechenanforderungen nur schwer gerecht werden.
Der leitende Autor, Professor Patrick Mercier, erklärt: „Das Design von induktiven Wandlern nähert sich seinen Grenzen, und der Spielraum für zukünftige Verbesserungen ist begrenzt.“ Daher erforschte das Team piezoelektrische Resonatoren als Alternative. Diese Geräte speichern und übertragen Energie durch mechanische Schwingungen und bieten Potenzial für Miniaturisierung, hohe Energiedichte und einfache Herstellung.
Die Forscher entwickelten einen Hybridwandler, der piezoelektrische Resonatoren mit handelsüblichen Kondensatoren kombiniert und so den Energiefluss optimiert. Tests mit einem Prototyp-Chip zeigten, dass er 48 Volt auf 4,8 Volt reduzieren kann, mit einem Spitzenwirkungsgrad von 96,2 %. Der Ausgangsstrom war etwa viermal höher als bei früheren piezoelektrischen Designs.
Diese piezoelektrische Technologie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und steht vor Integrationsherausforderungen, wie etwa die physikalischen Vibrationen der Resonatoren, die eine Standardlötung behindern. Mercier fügt hinzu: „Piezoelektrische Wandler sind noch nicht vollständig ausgereift, bieten aber eine klare Richtung für Verbesserungen. Es sind kontinuierliche Innovationen in den Bereichen Materialien, Schaltkreise und Gehäusetechnik erforderlich, um sie für Rechenzentrumsanwendungen geeignet zu machen.“ Das Projekt wurde vom von der US National Science Foundation finanzierten Power Management Integration Center unterstützt.
Veröffentlichungsdetails: Autor: University of California - San Diego; Titel: „This new chip could slash data center energy waste“; Veröffentlicht in: „Nature Communications“ (2026); Journal Information: Nature Communications
