Создан процессор на сверхпроводниках, который в 80 раз экономичнее обычного
Исследователи из Йокогамского национального университета в Японии разработали прототип микропроцессора с использованием сверхпроводниковых компонентов, которые примерно в 80 раз более энергоэффективны, чем современные полупроводниковые устройства, традиционно используемые в современных микропроцессорах. Разработка может помочь снизить потребление ЦОД и сетевой инфраструктуры, которая скоро будет требовать до половины вырабатываемой человеком энергии.
science.discoveryplace.org
Считается, что сегодня телекоммуникации и ЦОД потребляют около 10 % вырабатываемой человечеством электроэнергии. Если ничего не менять в технологиях производства чипов, то через десять лет, как считают специалисты, информационно-телекоммуникационная отрасль будет потреблять до половины всей генерируемой энергии (а кто-то опасается, что проблемой энергетиков станут электромобили). Беда в том, что работа современной электронной базы всё ещё сопровождается огромными потерями из-за вырабатываемого тепла, утечек и беспечных программистов.
Японские разработчики решили бороться с проблемой в корне. Раз современные процессоры и архитектуры неэффективны, то надо всё начать сначала и даже отказаться от транзистора. Заменить этот элемент учёные из Японии предлагают элементом, придуманным в этой стране около 70 лет назад — это параметрон, который переключается из состояния 0 в состояние 1 благодаря смене фазы внутренней частоты, которую он сам поддерживает. В пятидесятые годы прошлого века в Японии параметроны пришли на замену вакуумной лампе в ЭВМ, пока мир не покорили более простые и надёжные полупроводниковые транзисторы.
Японский микропроцессор на параметронах. Источник изображения: Yokohama National University
В отличие от транзистора параметрон не боится сверхнизких температур, ведь он работает на других принципах. В компании NEC, например, на параметронах создают квантовые вычислители. В то же время учёные из Йокогамского национального университета использовали параметрон в качестве базового элемента для обычной классической или почти классической вычислительной архитектуры. Первым опытным изделием учёных стал 4-битный микропроцессор, который доказал свою способность выполнять команды и хранить данные.
Принцип переключения параметрона. Данные записываются состоянием фазы резонансной частоты
Новая цифровая структура названа адиабатическим квантово-потоковым параметроном (AQFP), а процессор назван MANA (Монолитная архитектура адиабатической интеграции, Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Работает этот микропроцессор при охлаждении до температуры 4,2K или –269 ºC. Как утверждают учёные, даже с учётом расходов на охлаждение данный микропроцессор показывает 80-кратное превосходство в эффективности расчётов над современными полупроводниковыми схемами. Осталось только понять возможности масштабирования и оптимизации, чем дальше и займётся учёная группа.
