只需要7nm芯片1.25%的能耗,就能运行这颗超导芯片,包罗冷却开销在内

2021-01-14 网络
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[科技新闻]只需要7nm芯片1.25%的能耗,就能运行这颗超导芯片,包罗冷却开销在内

原题目:只需要7nm芯片1.25%的能耗,就能运行这颗超导芯片,包罗冷却开销在内

萧箫 发自 凹非寺

量子位 报道 | 民众号 QbitAI

一颗7nm制程的芯片,所需能量竟然能被用来运行80个超导芯片?

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没错,全球首个绝热超导微芯片 MANA,现在已经问世。

这种超导芯片在处置数据时,运行效率可达2.5GHz,与现在所需的盘算手艺相匹配。

若是进一步研发的话,处置速率还能再进一步优化。

节约80倍能效的超导芯片

MANA (MonolithicAdiabatic iNtegration Architecture)超导芯片,由一种名为 (Nb)的超导金属组成。

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当温度低于10开尔文 (-263℃)时,就会泛起超导征象。

这种芯片的要害组成部门,是一种名为 AQFP(绝热量子通量参变器)的节能超导数字电子结构。

AQFP结构,能处置所有盘算问题,包罗 数据处置数据存储

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而它的能耗,仅为CMOS质料及盘算的几万分之一。

之所以能耗这么低,源于AQFP超导质料的物理特征、断热型供电方式。

它的所有逻辑门元件,都基于 超导约瑟夫结制作,这也是它超导特征的由来。

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超导约瑟夫结由超导-绝缘-超导三层器件组成,能够将器件事情时的开关功耗降低至1zJ (1J=10²¹zJ)左右。

每个AQFP,由几个快速作用的超导约瑟夫结组成,只需要很少的能量,就能支持超导器件。

相比于CMOS需要直流偏置,AQFP只需要接纳交流电供电,静态功耗趋近于0,还进一步降低了开关器件所需的电流。

这次推出的MANA (单片集成架构),就是一个4位AQFP微芯片的原型,它由跨越10000个AQFP组成。

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这种结构,现在可以稳固以 2.5GHz的时钟频率运行,与现在芯片的盘算能力相当。预计通过优化,能够增添至5~10GHz。

那么,这种芯片所需的冷却成本,是不是已经跨越了芯片的能耗?

并非如此。

研究人员示意,纵然加上冷却超导芯片的成本,整体能耗也比7nm芯片 低80倍

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事实上,超导芯片的研究,已有相当长的时间。

在MANA被研制出来之前,来自日本横滨国立大学的研究人员,就在2016年乐成制造了一块拥有8.3万个约瑟夫结的AQFP芯片。

而在ISCA 2019上,他们和美国东北大学的王言治研究组一起,配合提出了基于AQFP的超导量子盘算手艺 神经网络硬件加速系统。

,科技日报,

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这种系统的能耗,比CMOS低快要7万倍,速率快30倍。

现在,团队设计进一步改善这项手艺,如开发更周详的AQFP结构、提高运行速率、能效等。

为什么要开发这种微处置器?

论文一作、来自日本横滨国立大学的副教授Christopher Ayala以为,随着信息时代的生长,数字通讯基础设施的能耗,会越来越高。

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现在,这一类设施的能耗,已经占有全球电力的10%。

若是不从根本上改变通讯基础手艺,到2030年,能耗将可能占用全球用电量的 50%以上

例如,现在许多大型数据中心,不得不建在河流四周,行使流动的水冷却机械。

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而MANA就是为解决这一征象而来。

研究人员以为,MANA适合被用于大型数据中心,以及超级盘算机等大规模盘算基础设施。

由于这些设施,既包罗冷却系统,可以将MANA芯片冷却到所需温度,又异常需要数据盘算和数据存储能力。

MANA的泛起,将有希望对这些数据中心的能耗举行改善。

网友热议

MANA的数据,引发了不少网友的讨论。

有网友以为,这对于数据中心来说,是一件值得兴奋的事情。想象一下,处置能力一下子就廉价了80倍!

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也有网友以为,虽然大型数据中心可能从中获益,但-263℃的温度,要求照样太高了。

若是只需要液氮的温度,那么这会是一次真正的芯片革命。

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不外,也有网友以为,能效这种事情并不值得太在意。

“未来,我不知道有什么东西能阻止我们盘据原子,然后拥有大量廉价能源。”

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对于超导芯片的研究,你看好吗?

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