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日本科研:電阻為零的超導(dǎo)微處理器問(wèn)世
來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)  作者:喬民  發(fā)布時(shí)間:2021-01-18 15:34:06

原標(biāo)題:日本科研:電阻為零的超導(dǎo)微處理器問(wèn)世

 

  根據(jù)最近的一項(xiàng)估計(jì),目前數(shù)據(jù)中心的耗能已高達(dá)全球電力的2%,這一數(shù)字在10年內(nèi)有望攀升到8%。為逆轉(zhuǎn)這種趨勢(shì),科學(xué)家們正考慮以全新的方式簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心的微處理器。日本研究人員將這一想法發(fā)揮到了極致,創(chuàng)建了一種電阻為零的超導(dǎo)微處理器。

  《IEEE固態(tài)電路》雜志報(bào)道,這種超導(dǎo)微處理器可為更高能效的計(jì)算能力提供潛在的解決方案,但新設(shè)計(jì)目前需要低于10開(kāi)爾文(或—263)的超冷溫度。研究人員創(chuàng)建的這種絕熱超導(dǎo)微處理器,從原理上講,在計(jì)算過(guò)程中不會(huì)從系統(tǒng)中獲得或損失能量。

  這個(gè)新的微處理器原型稱(chēng)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(lài)于稱(chēng)為絕熱量子通量參量電子(AQFP)的硬件組件。每個(gè)AQFP由幾個(gè)快速作用的約瑟夫森結(jié)開(kāi)關(guān)組成,這些結(jié)開(kāi)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2萬(wàn)多個(gè)約瑟夫森結(jié)(或1萬(wàn)多個(gè)AQFP)組成。

  研究人員解釋說(shuō),用于構(gòu)建微處理器的AQFP已經(jīng)過(guò)優(yōu)化,可以絕熱運(yùn)行,從而可在相對(duì)低的時(shí)鐘頻率(高達(dá)10GHz左右)下恢復(fù)從電源中汲取的能量。與傳統(tǒng)超導(dǎo)電子產(chǎn)品數(shù)百吉赫茲的運(yùn)行頻率相比,這個(gè)數(shù)字要低得多。但這并不意味著MANA達(dá)到了10GHz的速度。實(shí)驗(yàn)顯示,MANA的數(shù)據(jù)處理部分可在高達(dá)2.5GHz的時(shí)鐘頻率下運(yùn)行,這使其與當(dāng)今的計(jì)算技術(shù)相當(dāng)。

  這種鈮基微處理器的入門(mén)價(jià)格取決于低溫和將系統(tǒng)冷卻至超導(dǎo)溫度的能源成本。不過(guò),即使將冷卻成本計(jì)算在內(nèi),與最先進(jìn)的半導(dǎo)體電子設(shè)備(如7納米鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)相比,AQFP的能源效率仍然高出約80倍。由于MANA微處理器需要液氦水平的低溫,因此它更適合于使用低溫冷卻系統(tǒng)的大規(guī)模計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu),例如數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)

  編輯圈點(diǎn)

  數(shù)據(jù)中心是分布在信息高速公路上的一個(gè)個(gè)交通樞紐。隨著我們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴(lài)程度日益加深,數(shù)據(jù)中心的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。以中國(guó)為例,據(jù)統(tǒng)計(jì),近年來(lái)國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛,在數(shù)量和規(guī)模上都呈20%以上的年增長(zhǎng)。但數(shù)據(jù)中心耗能高也是“知名難題”,綠色化、智能化、簡(jiǎn)易化是它在未來(lái)10年的發(fā)展趨勢(shì)。最新問(wèn)世的超導(dǎo)微處理器雖需低溫運(yùn)行,卻依然為提升數(shù)據(jù)中心能源效率提供了重要思路。

 

 

(文章來(lái)源:科技日?qǐng)?bào))

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