Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und das französische Unternehmen Antaios haben eine bahnbrechende Innovation in der Speichertechnik vorgestellt, die das Potenzial hat, Cache-Speicher in der Computerarchitektur grundlegend zu verändern. Am 5. Februar 2025 veröffentlichte das Forschungsteam die Ergebnisse ihrer Studie über Spin-Orbit-Torque (SOT) Magnetic Random-Access Memory (MRAM) in der Fachzeitschrift Nature Communications.
Aktuell verbrauchen Rechenzentren etwa 1% des weltweiten Gesamtenergieverbrauchs, was circa 200 Terawattstunden pro Jahr entspricht. Die Entwicklungen im Bereich von SOT-MRAM könnten diesen Energiebedarf entscheidend verringern, da die Technologie eine Senkung des Gesamtenergieverbrauchs um über 50% im Vergleich zu bestehenden Technologien ermöglicht.
Vorteile und Herausforderungen von SOT-MRAM
Die Vorteile von SOT-MRAM liegen in seiner hohen Energieeffizienz, der Nicht-Flüchtigkeit und der überlegenen Leistung im Vergleich zu herkömmlichem statischem RAM. Diese Technologie ist für Anwendungen in Smartphones sowie in Supercomputern geeignet. Zu den Herausforderungen zählen jedoch die Reduzierung des hohen Eingangsstroms während des Schreibvorgangs und die Gewährleistung der thermischen Stabilität über mehr als zehn Jahre Datenspeicherung.
Die Forscher haben ein neues magnetisches Material entwickelt, das Ruthenium als SOT-Kanal verwendet, und dabei den Energiebedarf um 20% gesenkt. Darüber hinaus wird der Orbitaler Hall-Effekt (OHE) zur Verbesserung der Energieeffizienz genutzt. Diese Fortschritte könnten einen signifikanten Einfluss auf den Stromverbrauch von Rechenzentren haben.
Ein Blick auf die Energieherausforderungen der Rechenzentren
2023 verbrauchten die Rechenzentren in Deutschland etwa 20 Terawattstunden pro Jahr. Prognosen zufolge könnte dieser Verbrauch bis 2030 auf 35 Terawattstunden und bis 2045 auf bis zu 88 Terawattstunden steigen. Diese Steigerungen sind vor allem auf die zunehmende Nutzung von Cloud-Diensten, das Wachstum von KI-Anwendungen sowie die Digitalisierung in Industrie und Verwaltung zurückzuführen, wie Rechenzentren darstellt.
Die Betreiber der Rechenzentren stehen vor der Herausforderung, ihren Energieverbrauch durch optimierte Kühltechniken, Hardware-Effizienz und smarte Gebäudestrukturen zu senken. Der Einsatz erneuerbarer Energien sowie innovative Kühlungstechnologien spielen ebenfalls eine wichtige Rolle in den Nachhaltigkeitsstrategien. Eine verbesserte Wärmerückgewinnung kann bis zu 80% der Abwärme nutzbar machen, während KI zur Energieoptimierung Einsparungen von bis zu 30% verspricht.
Forschung und Zukunftsausblick
Die Ergebnisse der JGU und Antaios zeigen das enorme Potenzial neuer Technologien wie SOT-MRAM zur Effizienzsteigerung in Rechenzentren. Der Einsatz solcher innovativer Speicherlösungen könnte nicht nur den Energieverbrauch drastisch senken, sondern auch nachhaltig zur digitalen Souveränität und zur Entwicklung umweltfreundlicher IT-Infrastrukturen beitragen.
Die Unterstützung durch das EU-Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) verdeutlichen das Interesse an der Entwicklung nachhaltig praktizierbarer Technologien. Es wird immer deutlicher, dass die Zukunft der Rechenzentren an der Schnittstelle zwischen technologischer Innovation und ökologischer Verantwortung liegt.