原型微处理器使用超导体 - 节能80倍

使用超导体开发的极其节能微处理器

AQFP MANA微处理器模具照片。MANA是世界上第一个绝热超导体微处理器。资料来源:横滨国立大学

来自日本横滨国立大学的研究人员开发了一种使用超导装置的原型微处理器,其节能比在今天的高性能计算系统的微处理器中发现的最先进的半导体器件更高了80倍。

由于今天的技术在我们的日常生活中变得越来越纳入,因此需要更多的计算能力。由于这种增加,增加计算能力的能量使用迫使增长。例如,现代数据中心使用了很多能量,其中一些是在河里建造的,使流动的水可用于冷却机器。

“支持我们在今天生活的信息时代的数字通信基础设施目前使用大约10%的全球电力。研究表明,在最坏的情况下,如果我们的通信基础设施的基础技术没有基本变化,例如大型数据中心的计算硬件或驱动通信网络的电子设备,我们可能会看到其电力使用升至结束2030年,全球电力50%,“横滨国立大学副教授克里斯托弗阿亚拉表示,研究的主要作者。

该团队的研究,发表在杂志:固态电路IEEE杂志,详细努力使用超导体,令人难以置信的设备进行更高的节能微处理器架构,但需要某些环境条件来运行。

为了解决这个权力问题,该团队探索了使用极节能的超导体数字电子结构,称为绝热量子 - 磁通 - 参数(AQFP),作为超低功耗,高性能微处理器的构建块,和其他计算硬件用于下一代数据中心和通信网络。

“在本文中,我们希望证明AQFP能够实现实用的节能高速计算,我们通过开发和成功地演示了称为法力(单片绝热集成架构)的原型4位AQFP微处理器来实现这一目标。world’s first adiabatic superconductor microprocessor,” said Ayala.

“我们的原型微处理器的演示表明,AQFP能够进行所有方面的计算,即:数据处理和数据存储。我们还在单独的芯片上显示,微处理器的数据处理部分可以运行到2.5 GHz的时钟频率,使其与当今的计算技术相提并论。亚雅拉说,我们甚至希望这会增加到5-10 GHz,因为我们改善了我们的设计方法和实验设置,“Ayala说。

然而,超导体需要非常凉爽的温度以成功运行。有人会认为,如果您在超导体微处理器所需的冷却中,则能量需求将变得不希望并且超越当天微处理器。但令人惊讶的是,令人惊讶的是,不是这种情况:

“AQFP是超导体电子设备,这意味着我们需要额外的电力来将芯片从室温降至4.2 kelvin,以允许AQFP进入超导状态。但即使考虑过这种冷却开销时,与今天可用的高性能电脑芯片中发现的最先进的半导体电子设备相比,AQFP仍然仍处于节能大约80倍。“

现在,该团队已证明这一超导芯片架构的概念,他们计划优化芯片并确定芯片的可伸缩性和速度优化。

“我们现在正在努力改进技术,包括开发更紧凑的AQFP设备,增加操作速度,并通过可逆计算进一步提高能源效率,”Ayala说。“我们还在扩展我们的设计方法,以便我们可以在单个芯片中尽可能多的设备,并在高时钟频率下可靠地操作它们。”

除了建立标准微处理器外,该团队还有兴趣检查AQFPS如何有助于其他计算应用,例如用于人工智能的神经形态计算硬件以及量子计算应用程序。

参考:“MANA:一种单片绝热集成架构微处理器,使用1.4-ZJ / OP非刚性的超导者Josephson Josephson Jonction Device”的Christopher L. Ayala;Tomoyuki Tanaka;RO SAITO;麦诺齐耶;Naoki Takeuchi和Nobuyuki Yoshikawa 2020年12月15日,固态电路IEEE杂志
DOI:10.1109 / JSSC.2020.3041338

5点评论在“使用超导体开发的原型微处理器 - 80倍的节能”

  1. 这将减少我们的比特币采矿能量!

  2. 不幸的是,当处理器可以使用方式较少的能量时,保持超导环境的成本是巨大的。我应该知道
    我曾经是制造超导微电子的工程Vatca公司总监。很多其他问题。

  3. YEAH除了4位微处理器除了比今天的64位微处理器效率较低,较差的较差,乘数更复杂的倍增器和带有携带速度的加入体的加热器。

  4. This is the for a.i don’t do it

  5. 有趣的结果。布局布局图片为10mm x 10毫米,因此还可以在降低芯片尺寸时进行大量工作。

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