能源效率是7纳米芯片的80倍!日本研发出零电阻超导芯片

2021-01-19 13:31:19 来源:EETOP
如何更进一步的降低数据中心能源损耗,是服务器业者、半导体商、IT 云端业者等共同努力的目标。如今,有日本科学家研发出全球首款「超导微芯片(SuperconductingMicroprocessors)」,其能源效率是7 纳米芯片的80倍,适用于大型数据中心、超级电脑或量子运算等领域。

根据IEEE 旗下网站IEEE Spectrum 报导,根据研究显示,数据中心的能源损耗十分惊人,占了全球电力2%,而在未来的10 年内将有望攀升到8%。为了更有效的降低数据中心耗能,日本科学家研发出一种零电阻,名为MANA(MonolithicAdiabatic iNtegration Architecture)的超导微芯片,并已发表在IEEE Journal of Solid-State Circuits 杂志上。

据悉,这一款超导微芯片采用的材料是名为铌(Nb)的超导金属,并由名为绝热量子通量参变器(Adiabatic Quantum Flux Parametrons, AQFP)的超导电子结构构成。而每个AQFP,都是由数个约瑟夫效应切换器(Josephson effect switches)组成,而这些交换器只需要很少的能量便可支持超导电子(Superconductor Electronics)。MANA 超导微芯片总共由20,000 多个约瑟夫效应切换器(或是10,000 多个AQFP 组成)

研究人员表示,实验显示,这款超导微芯片可在2.5GHz 的频率下进行数据处理,这与目前的运算技术相当,未来希望在经过设计方法、实验设置等方式优化后,运作频率可以增加到5-10 GHz。

当然,这种超导微芯片目前仍有使用环境的限制,必须要在-263℃ 的情况下才能使用(因在这种低温下才会出现超导现象)。研究人员指出,MANA 超导微芯片的价格是取决于低温和将系统冷却至超导温度的能源成本,不过,即便将冷却成本列入计算,与最先进的半导体制程相比(例如7nm),其能源效率仍高出约80 倍左右,更适用于需要低温冷却的大规模运算基础设施,像是数据中心、超级电脑或量子电脑等。

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