Чтобы удовлетворить постоянно растущую потребность в большей вычислительной мощности, исследователи из Йокогамского национального университета, Япония, успешно разработали 4-битный прототип микропроцессора AQFP под названием MANA (Монолитная адиабатическая архитектура интеграции). Этот новый микропроцессор разработан с использованием сверхпроводников, которые примерно в 80 раз более энергоэффективны, чем те, которые используются в микропроцессорах доступных высокопроизводительных вычислительных систем.
Новый процессор изготовлен с использованием джозефсоновских переходов ниобий / алюминий и работает при 4,2K. Он использует энергоэффективную сверхпроводниковую цифровую электронную структуру, называемую адиабатическим квантово-потоковым параметроном (AQFP), в качестве строительного блока для сверхмалопотребляющих, высокопроизводительных микропроцессоров и другого вычислительного оборудования для центров обработки данных следующего поколения. и сети связи.
Как сказал доцент Йокогамского национального университета и ведущий автор исследования Кристофер Айала: «Инфраструктура цифровых коммуникаций, поддерживающая информационный век, в котором мы живем сегодня, в настоящее время использует примерно 10% мировой электроэнергии. Исследования показывают, что в худшем случае, если не произойдет фундаментальных изменений в технологии, лежащей в основе наших коммуникационных инфраструктур, таких как вычислительное оборудование в крупных центрах обработки данных или электроника, которая управляет коммуникационными сетями, мы можем увидеть, что потребление электроэнергии превысит 50% мировой электроэнергии к 2030 году ».
AQFP способен ко всем аспектам вычислений, а именно. обработка и хранение данных. Кроме того, часть микропроцессора для обработки данных может работать с тактовой частотой до 2,5 ГГц, что идеально подходит для современных вычислительных технологий. Кроме того, эта частота может увеличиться до 5–10 ГГц с дальнейшими улучшениями методологии проектирования и экспериментальной установки командой.
Будучи сверхпроводниковым электронным устройством, AQFP требует дополнительной мощности для охлаждения микросхем от комнатной температуры до 4,2 Кельвина, чтобы позволить AQFP перейти в сверхпроводящее состояние. Несмотря на накладные расходы на охлаждение, AQFP все еще примерно в 80 раз более энергоэффективен по сравнению с современными полупроводниковыми электронными устройствами, используемыми в высокопроизводительных компьютерных микросхемах, доступных сегодня.
Команда планирует усовершенствовать технологию, в том числе разработать более компактные устройства AQFP, увеличить скорость работы и еще больше повысить энергоэффективность за счет обратимых вычислений. Кроме того, есть планы по масштабированию подхода к проектированию, чтобы вместить как можно больше устройств в один чип и надежно работать с ними на высоких тактовых частотах. Более того, команда изучит, как AQFP могут помочь в других вычислительных приложениях, таких как нейроморфное вычислительное оборудование для искусственного интеллекта, а также в приложениях квантовых вычислений.
Исследование было опубликовано в журнале IEEE Journal of Solid-State Circuits, где вы можете получить более подробную информацию о микропроцессоре AQFP MANA.