В Национальном университете Йокогамы (Япония) разработан прототип микропроцессора на сверхпроводниках, который в десятки раз превосходит по эффективности расходования энергии лучшие сегодняшние чипы.

В работе, опубликованной в журнале: IEEE Journal of Solid-State Circuits, рассмотрено использование сверхпроводящей цифровой электронной структуры, называемой адиабатическим квантово-потоковым параметроном (AQFP), в качестве базового компонента сверхэкономичного микропроцессора и другого компьютерного оборудования для датацентров и сетей коммуникаций нового поколения.

«Мы хотели доказать, что AQFP способен на практике выполнять высокоскоростные вычисления с высокой эффективностью, и мы сделали это, разработав и успешно продемонстрировав MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture), 4-разрядный прототип первого в мире адиабатического сверхпроводящего микропроцессора, — сказал Кристофер Аяла (Christopher Ayala), доцент Йокогамского национального университета и главный автор статьи. — Мы также показали на отдельном чипе, что часть микропроцессора для обработки данных может работать с тактовой частотой до 2,5 ГГц, то есть соответствует современному уровню вычислительных технологий. Усовершенствовав методологию проектирования и экспериментальную установку мы рассчитываем довести частоту до 5-10 ГГц».

Будучи сверхпроводящим электронным устройством, AQFP требует дополнительной мощности для охлаждения от комнатной температуры до 4,2 Кельвина, чтобы перейти в сверхпроводящее состояние. Но даже с учетом этих накладных расходов, AQFP примерно в 80 раз более энергоэффективен по сравнению с полупроводниковыми электронными устройствами, которые используются в высокопроизводительных компьютерных микросхемах, доступных сегодня.

Теперь, когда команда их Йокогамы доказала жизнеспособность концепции сверхпроводникового чипа, она планирует оптимизировать эту технологию, включая разработку более компактных устройств AQFP, повышение энергоэффективности, а также определить масштабируемость чипа и его быстродействие после оптимизации.

Наряду с созданием стандартных микропроцессоров, группа заинтересована в исследовании потенциала AQFP для нейроморфных и квантовых вычислений.