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日本科研:電阻為零的超導微處理器問世
來源:科技日報  作者:喬民  發(fā)布時間:2021-01-18 15:34:06

原標題:日本科研:電阻為零的超導微處理器問世

 

  根據(jù)最近的一項估計,目前數(shù)據(jù)中心的耗能已高達全球電力的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,科學家們正考慮以全新的方式簡化數(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微處理器。

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

  這個新的微處理器原型稱為MANA(單絕熱集成體系結(jié)構(gòu)),是世界上第一個絕熱超導體微處理器。它由超導鈮組成,并依賴于稱為絕熱量子通量參量電子(AQFP)的硬件組件。每個AQFP由幾個快速作用的約瑟夫森結(jié)開關組成,這些結(jié)開關只需很少的能量即可支持超導體電子設備。MANA微處理器總共由2萬多個約瑟夫森結(jié)(或1萬多個AQFP)組成。

  研究人員解釋說,用于構(gòu)建微處理器的AQFP已經(jīng)過優(yōu)化,可以絕熱運行,從而可在相對低的時鐘頻率(高達10GHz左右)下恢復從電源中汲取的能量。與傳統(tǒng)超導電子產(chǎn)品數(shù)百吉赫茲的運行頻率相比,這個數(shù)字要低得多。但這并不意味著MANA達到了10GHz的速度。實驗顯示,MANA的數(shù)據(jù)處理部分可在高達2.5GHz的時鐘頻率下運行,這使其與當今的計算技術相當。

  這種鈮基微處理器的入門價格取決于低溫和將系統(tǒng)冷卻至超導溫度的能源成本。不過,即使將冷卻成本計算在內(nèi),與最先進的半導體電子設備(如7納米鰭式場效應晶體管)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)模計算基礎架構(gòu),例如數(shù)據(jù)中心和超級計算機。

  編輯圈點

  數(shù)據(jù)中心是分布在信息高速公路上的一個個交通樞紐。隨著我們對互聯(lián)網(wǎng)的依賴程度日益加深,數(shù)據(jù)中心的發(fā)展也突飛猛進。以中國為例,據(jù)統(tǒng)計,近年來國內(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。但數(shù)據(jù)中心耗能高也是“知名難題”,綠色化、智能化、簡易化是它在未來10年的發(fā)展趨勢。最新問世的超導微處理器雖需低溫運行,卻依然為提升數(shù)據(jù)中心能源效率提供了重要思路。

 

 

(文章來源:科技日報)

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