電阻為零的超導(dǎo)微處理器問世 在計(jì)算過程中不會(huì)從系統(tǒng)中獲得或損失能量

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。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2萬多個(gè)約瑟夫森結(jié)(或1萬多個(gè)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(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，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)。(馮衛(wèi)東)