零電阻超導微處理器
根據(jù)最近的估計，數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在消耗全球電力的2%，這一數(shù)字預計在10年內(nèi)將攀升至8%。為了扭轉(zhuǎn)這一趨勢，科學家們正在考慮新的方法來簡化數(shù)據(jù)中心的微處理器。日本研究人員將這一想法推向了極致，創(chuàng)造了一種零電阻超導微處理器。
超導微處理器可以為更節(jié)能的計算能力提供一種潛在的解決方案，但ieee固態(tài)電路報告稱，新設計目前需要10開爾文(或-263攝氏度)以下的超冷溫度。研究人員發(fā)明的絕緣超導微處理器原則上不會在計算過程中從系統(tǒng)中獲得或損失能量。
這種新的微處理器原型稱為MANA(單絕緣集成體系結(jié)構(gòu))，是世界上第一個絕緣超導體微處理器。它由超導鈮組成，依賴于稱為絕緣量子通量參數(shù)電子(AQFP)的硬件組件。每個AQFP由幾個支持能量不足的超導電子器件的快速約瑟夫森結(jié)開關(guān)組成。MANA微處理器由2萬多個約瑟夫森結(jié)(或超過10000 AQFP)組成。
研究人員解釋說，用于制造微處理器的AQFP已被優(yōu)化為絕緣運行，將從電源中提取的能量恢復到相對較低的時鐘頻率(最高可達10 GHz)。這個數(shù)字遠低于傳統(tǒng)超導電子中數(shù)百千兆赫茲的頻率。但這并不意味著MANA已經(jīng)達到10 GHz的速度。實驗表明，MANA的數(shù)據(jù)處理部分可以以2.5GHz的時鐘頻率運行，這使得它可以與當今的計算技術(shù)媲美。
基于鈮的微處理器的入門價格取決于低溫和將系統(tǒng)冷卻到超導溫度的能源成本。然而，即使考慮到冷卻成本，AQFP仍然比先進的半導體電子產(chǎn)品(如7納米翅片式場效應晶體管)高出約80倍的能源效率。由于MANA微處理器需要液氦水平的低溫，所以它更適合使用低溫冷卻系統(tǒng)的大型計算基礎設施，如數(shù)據(jù)中心和超級計算機。
數(shù)據(jù)中心是分布在信息高速公路上的交通樞紐。隨著我們對互聯(lián)網(wǎng)依賴程度的加深，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)展迅速，在數(shù)量和規(guī)模上年增長率超過20%。然而，數(shù)據(jù)中心的高能耗也是一個眾所周知的問題。綠色、智能化、簡約是未來10年的發(fā)展趨勢。雖然最新的超導微處理器需要低溫運行，但它仍然為提高數(shù)據(jù)中心的能源效率提供了重要的途徑。
