日本研究小組試圖制造一種絕熱的超導(dǎo)體微處理器

現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)消耗的能量驚人。根據(jù)最近的一項(xiàng)估計(jì)，僅數(shù)據(jù)中心就消耗了全球2%的電力，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，這一數(shù)字將攀升至8%。不過，為了扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)，也許位于計(jì)算機(jī)世界中心的微處理器可以以全新的方式進(jìn)行精簡(jiǎn)。

日本的一個(gè)研究小組已經(jīng)將這個(gè)想法發(fā)揮到了極限，創(chuàng)造了一個(gè)超導(dǎo)微處理器，一個(gè)電阻為零的微處理器。近日，在IEEE固態(tài)電路雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究報(bào)告中描述了這種新器件，這是同類器件中的第一種。

超導(dǎo)體微處理器可以為更節(jié)能的計(jì)算能力提供一個(gè)潛在的解決方案，但目前，這些設(shè)計(jì)要求超低溫低于10開爾文（或-263攝氏度）。日本的研究小組試圖制造一種絕熱的超導(dǎo)體微處理器，這意味著，原則上，在計(jì)算過程中，能量不會(huì)從系統(tǒng)中獲得或損失。

這種新的微處理器原型稱為MANA（單絕熱集成體系結(jié)構(gòu)），是世界上第一個(gè)絕熱超導(dǎo)體微處理器。它由超導(dǎo)鈮組成，并依賴于稱為絕熱量子通量參量電子（AQFP）的硬件組件運(yùn)行。每個(gè)AQFP由幾個(gè)快速作用的約瑟夫森結(jié)開關(guān)組成，這些結(jié)開關(guān)只需很少的能量即可支持超導(dǎo)體電子設(shè)備。MANA微處理器總共由20000多個(gè)約瑟夫森結(jié)開關(guān)（或10000多個(gè)AQFPs）組成。

Christopher Ayala是日本橫濱國(guó)立大學(xué)高級(jí)科學(xué)研究所（the Institute of Advanced Sciences at Yokohama National University,）的副教授，他幫助開發(fā)了這種新型微處理器。他解釋說：“用于制造微處理器的AQFPs已經(jīng)過優(yōu)化，可以絕熱工作，這樣從電源中提取的能量就可以在相對(duì)較低的時(shí)鐘頻率下恢復(fù)到10ghz左右。與傳統(tǒng)超導(dǎo)體電子學(xué)中通常發(fā)現(xiàn)的數(shù)百千兆赫相比，這個(gè)頻率很低。”

然而，這并不意味著目前的這一代設(shè)備可以達(dá)到10GHz的速度。在一份新聞聲明中，Ayala補(bǔ)充說：“我們還在一個(gè)單獨(dú)的芯片上展示，微處理器的數(shù)據(jù)處理部分可以工作到2.5GHz的時(shí)鐘頻率，使其與當(dāng)今的計(jì)算技術(shù)不相上下。隨著我們對(duì)設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，我們甚至預(yù)計(jì)這一頻率將提高到5-10 GHz?！?/p>

鈮基微處理器的入門價(jià)格當(dāng)然是低溫和將系統(tǒng)冷卻到超導(dǎo)溫度的能源成本?！暗词箍紤]到這種冷卻開銷，”Ayala說，“AQFP的能效仍然是目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體電子器件（例如）7納米FinFET的80倍?！?/p>

由于MANA微處理器需要液氦水平溫度，它更適合大型計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，如數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)，在那里可以使用低溫冷卻系統(tǒng)。他說：“這些障礙中的大部分，即區(qū)域效率、延遲和功率時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)，都是我們一直在深入研究的研究領(lǐng)域，我們已經(jīng)有了很好的發(fā)展方向?！?/p>

原文標(biāo)題：電阻為零的超導(dǎo)微處理器問世 結(jié)果顯示超高效

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