能源效率是 7 奈米晶片 80 倍!日研發電阻為零的絕熱超導微晶片

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 19 日 9:52 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


如何更進一步的降低資料中心能源損耗,是伺服器業者、半導體商、IT 雲端業者等共同努力的目標。如今,有日本科學家研發出全球首款「超導微晶片(Superconducting Microprocessors)」,其能源效率是 7 奈米晶片的 80 倍,適用於大型數據中心、超級電腦或量子運算等領域。

根據 IEEE 旗下網站 IEEE Spectrum 報導,根據研究顯示,資料中心的能源損耗十分驚人,占了全球電力 2%,而在未來的 10 年內將有望攀升到 8%。為了更有效的降低資料中心耗能,日本科學家便研發一種電阻為零,名為 MANA(MonolithicAdiabatic iNtegration Architecture)的超導微晶片,並已發表在 IEEE Journal of Solid-State Circuits 雜誌上。

據悉,此一超導微晶片的材料是名為鈮(Nb)的超導金屬,並由名為絕熱量子通量參變器(Adiabatic Quantum Flux Parametrons, AQFP)的超導電子結構構成。而每個 AQFP,都是由數個約瑟夫效應切換器(Josephson effect switches)組成,而這些交換器只需要很少的能量便可支援超導電子(Superconductor Electronics)。MANA 超導微晶片總共由 20,000 多個約瑟夫效應切換器(或是10,000 多個 AQFP 組成)

研究人員表示,實驗顯示,此一超導微晶片可在 2.5GHz 的頻率下進行數據處理,這與目前的運算技術相當,未來希望在經過設計方法、實驗設置等方式優化後,運作頻率可以增加到 5-10 GHz。

當然,這種超導微晶片目前仍有使用環境的限制,必須要在 -263℃ 的情況下才能使用(因在這種低溫下才會出現超導現象)。研究人員指出,MANA 超導微晶片的價格是取決於低溫和將系統冷卻至超導溫度的能源成本,不過,即便將冷卻成本列入計算,與最先進的半導體製程相比(例如 7nm),其能源效率仍高出約 80 倍左右,更適用於需要低溫冷卻的大規模運算基礎設施,像是數據中心、超級電腦或量子電腦等。

(首圖來源:IEEE Spectrum