Японские учёные испытали прототип микропроцессора на сверхпроводниках

    Исследователи из Йокогамского государственного университета разработали прототип микропроцессора на сверхпроводниках, который потребляет в 80 раз меньше энергии, чем современные полупроводниковые устройства.

    «Инфраструктура цифровой связи использует примерно 10% мировой электроэнергии. Исследования показывают, если не произойдет фундаментальных изменений в технологии связи, включая вычислительное оборудование и электронику, управляющую сетями, к 2030 году инфраструктура связи будет потреблять более половины мировой электроэнергии», — заявил Кристофер Аяла, доцент Йокогамского государственного университета и ведущий автор исследования.

    В попытке решить проблему энергопотребления команда ученых разработала энергоэффективную сверхпроводящую электронную структуру – адиабатический квантовый параметрон (AQFP). На основе AQFP будут разрабатываться энергоэффективные микропроцессоры нового поколения. Ученые доказали, что AQFP может выполнять высокоскоростные вычисления, разработав и испытав прототип 4-битного адиабатического сверхпроводящего микропроцессора под названием MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture).

    Испытания прототипа микропроцессора показали, что AQFP способен выполнять все аспекты вычислений, то есть обрабатывать и хранить данные. На отдельном чипе ученые показали, что обработка данных может происходить с частотой до 2,5 ГГц, что соответствует уровню современных вычислительных устройств. В дальнейшем исследователи  планируют увеличить частоту до 5-10 ГГц.

    Для успешной работы прототип пришлось охладить  до 4,2 Кельвина, чтобы позволить AQFP перейти в сверхпроводящее состояние. Но даже с учетом затрат на охлаждение AQFP потребляет в 80 раз меньше энергии по сравнению с современными полупроводниковыми устройствами.

    Теперь команда планирует оптимизировать чип и определить его масштабируемость.

    «Сейчас мы работаем над улучшением технологии — разрабатываем более компактные устройства AQFP, повышаем скорость и энергоэффективность работы. Мы также меняем наш подход к проектированию, чтобы разместить как можно больше устройств в одном чипе», — сообщил Аяла.

    Помимо создания стандартных микропроцессоров, команда будет также изучать возможности применения AQFP в вычислительном оборудовании для искусственного интеллекта, а также в квантовых вычислениях.

    Комментарии 34

      +3

      Не повезло оверлокерам будущего…

        +8
        У них ещё 4,2 Кельвина есть, так жить интереснее.
        0
        Все идет к тому, что сервера и клиентские машины будут построены на совершенно разном железе. Например, сервера будут на квантовых и сверхпроводящих процессорах.
          +1

          Нужен будет серьёзный холодильник. Не съест ли он всю энергию, сэкономленную процессорами?

            +1

            "Но даже с учетом затрат на охлаждение AQFP потребляет в 80 раз меньше энергии по сравнению с современными полупроводниковыми устройствами."

              0
              Всё же четырёхбитный AQFP Crysis пока не потянет. В исходной статье сравнение с полупроводниковым аналогом на 7-нм FinFET процессе.
                0
                Вот тут без подробных цифр не очень понятно.
                Возьмём, допустим, современный 7-нм процессор, который потребляет 65 ватт. Делим на 80.
                Получается, что холодильник, который охлаждает до 4,7К, потребляет порядка полуватта?
                Я, конечно, не очень в курсе современной криотехники, но подозреваю, что там холодильник должен быть посерьёзней и помощней тех, что у нас на кухне.
                  0
                  Помощней, это если надо было бы отбирать больше тепла. Но тепла выделяется меньше. И отбирать его надо с участка объемом в пару кубических сантиметров. На среднюю мощность в полвата, в принципе может быть. Теоретически. Нам ещё не описали сам холодильник, как он работает, ведь до столь низких температур по классической схеме с компрессором и хладагентом не опустишься.
                  На МКС давным-давно испытывали холодильник требующий для работы акустических(или механических?) колебаний частотой порядка 1000Гц. Может что-то вроде…
              0

              Скайнет есть
              Роботы есть
              Процессор на сверхпроводниках есть
              До событий терминатора осталось только эмулятор 6502 под него написать

                +2
                батарейки нет? терминатор не заражали не разу в фильме-то
                  +1
                  Вообще то в нём термоядерный реактор.
                    0
                    c ним пока тоже проблемы вроде
                      0

                      Работает уже, в "лабораторных" условиях. Да и на литии терминатор вполне может дел наворотить.
                      Компактный ядерный реактор сейчас тоже вопрос цены а не технологии. Короткоживущие изотопы стоят дорого.

                        0
                        Они кроме того что стоят дорого, они ещё прилично фонят. Ему не надо будет физически уничтожать людей, достаточно подойти на несколько метров… Да и дымок от тепловой утечки его выдаст…
                          +1
                          Ну активная зона то всяко будет экранирована
                          хотябы для того чтобы процессор не глючил.
                          зы
                          представил шварца пьющего охлаждающую воду и выпускающего пар из ушей))
                            0
                            Несколько метров бетона со свинцом? Нет, реактор для таких целей должен быть чистым изначально. Таких пока ещё не придумали, и возможны ли они вообще?
                              0

                              Придумали, но мощность у них только часы питать.
                              А насчёт нескольких метров все не совсем так в зависимости от типа радиации эффективная "изоляция" на современных материалах от миллиметров до полуметра
                              Можно подобрать активное вещество с подходящей цепочкой распада чтоб не таскать избыточную защиту

                                0
                                Так с малой мощностью и защита надо небольшая, но в целом защита нужна. Кстати там и часы не особо запитаешь… час копить энергию на секунду работы часов.
                                  0
                                  По метра защиты — это до «безопасного» уровня когда с ним рядом можно находится, но пользы это не принесёт. Самая лучшая защита, даже на сегодня — это расстояние. Надо просто материал такой найти, который бы улавливал «лишние» частицы и возвращал их обратно в реакцию. Сейчас же как это всё работает: есть реактор, в котором проходит реакция и только малая часть излучений идет на поддержание реакции, остальная — побочка. За счет боьшой толщины поглотителей эта побочка идёт в тепло с которого вырабатывается энергия. Чтобы поглотить энергию нужна масса и от этого пока не избавится никак. Даже прямые преобразователи радиация-энергия не лишены такого недостатка — чтобы преобразовать надо как минимум уловить, а для этого нужен материал с большим сечением захвата для интересующего нас излучения а конкретно — всех излучений сразу. А таких не существует.
                        0
                        Два, один резервный. На водородном топливе.
                          0
                          Металлический водород?
                            0
                            В той озвучке, в которой я смотрел, это было «водородное топливо» ¯\_(ツ)_/¯
                            Но я был ребёнком и могу неправильно помнить.
                              0
                              Водородное топливо — это и есть водород. Самое эффективное на земле, но проблемы с хранением, взрывоопасностью поставило крест на использовании в быту. А в металлическом состоянии, водород теоретически меньше места занимать будет и может высвободить в 20 раз больше энергии чем простое его сжигание. Но один ньюанс… в металлическое состояние он переходит при давлении в «4,18 млн атмосфер» (с) Википедия.
                    0
                    Для космоса идеально, с охлажением особых проблем нет а с электричеством есть.
                      +5
                      На МКС основные «лопухи» — это как раз холодильники.
                      В термосе, между стенками, тоже вакуум.
                        0
                        Я про дальний, подальше от звезды, для аппаратов наподобие Вояджеров. У нас тут да, жарковато.
                          +1
                          Радиопередатчик с вменяемой скоростью передачи, будет не таким и слабым.
                          Плюс сервисная инфраструктура, да и сам комп сколько-то будет выделять…
                          Т.е. напрашиваются две обратных друг другу кривых типа энергетической концентрации и площади аппарата. И из этого следует, что будет минимальная площадь, которая будет сбрасывать тепло, вспоминая что эффективность охлаждения излучением резко падает с понижением температуры поверхности, площадь будет не маленькой, тем более, «светить» необходимо от аппарата и его обвеса.
                            0
                            Я правильно вас понял. Что хоть в дальнем космосе тепмература порядка 2-3K, но из за наличия вакуума и отсутсвия гравитации, теплопроводность доступна только излучением. И её скорее всего не хватит для компенсации тепловыделения работающего обрудования?
                              0
                              Сильно натянуто — да.
                              А если компоновку специально сделать «рыхлой», то аппарат будет мёрзнуть, и тогда будет возможность полностью собрать аппарат на холодных/тёплых сверхпроводниках. Насколько помню, антенны на сверхпроводниках в определённых условиях намного интересней обычных.

                              Нужно смотреть на конфигурацию корпуса и навешанного внешнего оборудования, а также на удельную мощность к площади корпуса.
                        0
                        Как раз одна из самых больших проблем в космосе — именно охлаждение.
                        +1
                        адиабатический квантовый параметрон

                        Как программист вы, вероятно, без особого труда освоили бы умклайдет электронного уровня, так называемый УЭУ-17… Но квантовый умклайдет… гиперполя… трансгрессивные воплощения…

                          0
                          twitter.com/ID_AA_Carmack/status/1348094702550216707

                          John Carmack
                          @ID_AA_Carmack
                          Any unconventional computation idea, like, say, nanoscale cellular automata, should target bitcoin hashing before even considering a CPU. No need to convince customers, or even announce your self, you just print money if it works.
                          _____________________

                          Любая нетрадиционная идея вычислений, такая как, скажем, наноразмерные клеточные автоматы, должна быть нацелена на хеширование биткойнов, прежде чем даже рассматривать CPU. Не нужно убеждать клиентов или даже заявлять о себе, вы просто печатаете деньги, если это работает.
                            0

                            Да когда ж уже этот симулякр помрёт… Биткоин (я не буду утверждать за все криптовалюты, только про "дедушку") совершенно не практичен и абсурден в качестве замены денег. Классические деньги — это долговые обязательства. Отсюда сразу следует, что нет технических ограничений на их эмиссию. В биткоине они зачем то есть. И это важно для экономики. Так же как в современном мире золото не может заменить деньги, биткоин в этом плане почти ничем не отличается. То что этот очевидный факт не мешает ему расти в цене, совершенно не значит что биткоин успешен. Это не более чем результат ситуации, когда олигархи выводят деньги через биткоин (также как они это делают и с золотом) перед очередным кризисом. Причём есть ощущение, что в отличие от золота, в один прекрасный момент биткоин-пузырь лопнет насовсем — он просто перестанет существовать в его нынешнем виде. С точки зрения траты ресурсов человечества — биткоин вообще лютое зло. Мало того что тепло выделяется гигаваттами и греет планету почем зря, так ещё и пустая трата ресурсов на производство "майнеров", которые за год устаревают и их только выкинуть...

                              0
                              безотносительно (т.е. не относясь в остальном) к содержания ваших утверждений (и моего мнения об их истинности или ошибочности), — для того, что говорит John D. Carmack II (первый и единственный!), это все не важно. Пока данная криптовалюта пользуется спростом, все обстоит именно так, как он сказал.

                              На самом деле ото же колоссальное преимущество для Человечества, это реально может привести к развитию (к повышению эффективности) железа; разработчики железа особождаются от кучи лишних этапов доказательства эффективности своего железа в качестве CPU, и — на начальном этапе, — от борьбы в этой нише.

                              Если они будут радикально эффективнее майнить биткоины (или любую другую аналогичную криптовалюту), то вопрос о эффективности их решения просто автоматически снимется. А конкуренция уже в этой новой, созданной ими нише («майниниг при помощи предложенного нами Х») еще и эффективность их новго решения («Х») достаточно быстро прокачает скорее всего!

                              В общем, «куда ни кинь, всюду winЬ!» %))

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое