Aby sprostać stale rosnącemu zapotrzebowaniu na większą moc obliczeniową, naukowcy z Yokohama National University w Japonii z powodzeniem opracowali 4-bitowy prototyp mikroprocesora AQFP o nazwie MANA (Monolityczna Adiabatyczna Architektura Integracyjna). Ten nowy mikroprocesor został opracowany przy użyciu nadprzewodników, które są około 80 razy bardziej energooszczędne niż mikroprocesory dostępnych systemów obliczeniowych o wysokiej wydajności.
Nowy procesor jest wykonany z niobu / aluminium Josephson Junctions i działa z prędkością 4,2K. Wykorzystuje energooszczędną cyfrową strukturę elektronową nadprzewodnika, zwaną adiabatycznym parametrem strumienia kwantowego (AQFP), jako element składowy dla ultra-energooszczędnych, wysokowydajnych mikroprocesorów i innego sprzętu komputerowego dla następnej generacji centrów danych i sieci komunikacyjne.
Jak stwierdził profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Narodowym w Jokohamie i główny autor badania, Christopher Ayala: „Infrastruktura komunikacji cyfrowej, która wspiera erę informacyjną, w której żyjemy obecnie, zużywa obecnie około 10% światowej energii elektrycznej. Badania sugerują, że w najgorszym przypadku, jeśli nie nastąpi fundamentalna zmiana w podstawowej technologii naszej infrastruktury komunikacyjnej, takiej jak sprzęt komputerowy w dużych centrach danych lub elektronika, która napędza sieci komunikacyjne, zużycie energii elektrycznej może wzrosnąć. 50% światowej energii elektrycznej do 2030 r. ”
AQFP jest zdolny do wszystkich aspektów obliczeń, a mianowicie. przetwarzanie i przechowywanie danych. Poza tym część mikroprocesora przetwarzająca dane może pracować do częstotliwości taktowania 2,5 GHz, która jest idealna dla dzisiejszych technologii komputerowych. Dodatkowo może wzrosnąć do 5-10 GHz wraz z dalszymi ulepszeniami metodologii projektowania i konfiguracji eksperymentalnej przez zespół.
Będąc elektronicznym urządzeniem nadprzewodnikowym, AQFP potrzebuje dodatkowej mocy, aby schłodzić chipy z temperatury pokojowej do 4,2 kelvina, aby umożliwić przejście AQFP w stan nadprzewodnictwa. Pomimo narzutu na chłodzenie, AQFP jest nadal około 80 razy bardziej energooszczędny w porównaniu z najnowocześniejszymi półprzewodnikowymi urządzeniami elektronicznymi, które można znaleźć w dostępnych obecnie wysokowydajnych chipach komputerowych.
Zespół planuje udoskonalić technologię, w tym opracować bardziej kompaktowe urządzenia AQFP, zwiększyć szybkość działania i jeszcze bardziej zwiększyć efektywność energetyczną dzięki obliczeniom odwracalnym. Istnieją również plany skalowania podejścia projektowego, aby zmieścić jak najwięcej urządzeń w jednym chipie i niezawodnie obsługiwać je wszystkie przy wysokich częstotliwościach zegara. Ponadto zespół zbada, w jaki sposób AQFP mogą pomóc w innych zastosowaniach obliczeniowych, takich jak neuromorficzny sprzęt komputerowy do sztucznej inteligencji, a także aplikacje do obliczeń kwantowych.
Badanie zostało opublikowane w IEEE Journal of Solid-State Circuits, w którym można uzyskać więcej informacji na temat mikroprocesora AQFP MANA.