Để giải quyết nhu cầu ngày càng gia tăng về sức mạnh tính toán, các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Yokohama, Nhật Bản đã phát triển thành công một bộ vi xử lý nguyên mẫu AQFP 4-bit có tên MANA (Kiến trúc iNtegration iNtegration nguyên khối). Bộ vi xử lý mới này được phát triển bằng cách sử dụng các chất siêu dẫn tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 80 lần so với các chất được tìm thấy trong bộ vi xử lý của các hệ thống tính toán hiệu suất cao hiện có.
Bộ xử lý mới được làm bằng niobium / nhôm Josephson Junctions và hoạt động ở 4.2K. Nó sử dụng cấu trúc điện tử kỹ thuật số siêu dẫn tiết kiệm năng lượng, được gọi là parametron lượng tử đoạn nhiệt (AQFP), như một khối xây dựng cho các bộ vi xử lý hiệu suất cao, công suất cực thấp và phần cứng máy tính khác cho thế hệ trung tâm dữ liệu tiếp theo và các mạng truyền thông.
Như đã đưa ra bởi phó giáo sư tại Đại học Quốc gia Yokohama và là tác giả chính của nghiên cứu, Christopher Ayala, “Cơ sở hạ tầng truyền thông kỹ thuật số hỗ trợ Thời đại Thông tin mà chúng ta đang sống hiện nay đang sử dụng khoảng 10% điện năng toàn cầu. Các nghiên cứu cho thấy rằng trong trường hợp xấu nhất nếu không có thay đổi cơ bản về công nghệ cơ bản của cơ sở hạ tầng truyền thông của chúng ta, chẳng hạn như phần cứng máy tính trong các trung tâm dữ liệu lớn hoặc thiết bị điện tử điều khiển mạng truyền thông, chúng ta có thể thấy mức sử dụng điện của nó tăng hơn 50% tổng lượng điện toàn cầu vào năm 2030. ”
AQFP có khả năng thực hiện tất cả các khía cạnh của viz tính toán. xử lý dữ liệu và lưu trữ dữ liệu. Bên cạnh đó, phần xử lý dữ liệu của bộ vi xử lý có thể hoạt động với xung nhịp 2,5 GHz, rất lý tưởng cho các công nghệ điện toán hiện nay. Ngoài ra, điều này có thể tăng lên 5-10 GHz với những cải tiến hơn nữa trong phương pháp thiết kế và thiết lập thử nghiệm của nhóm.
Là một thiết bị điện tử siêu dẫn, AQFP cần thêm nguồn điện để làm mát các chip từ nhiệt độ phòng xuống 4,2 Kelvin để cho phép các AQFP chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Mặc dù phải làm mát trên đầu, AQFP vẫn tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 80 lần khi so sánh với các thiết bị điện tử bán dẫn hiện đại có trong chip máy tính hiệu năng cao hiện nay.
Nhóm có kế hoạch thực hiện các cải tiến trong công nghệ bao gồm phát triển các thiết bị AQFP nhỏ gọn hơn, tăng tốc độ hoạt động và tăng hiệu suất năng lượng hơn nữa thông qua tính toán có thể đảo ngược. Ngoài ra, có kế hoạch mở rộng phương pháp thiết kế để phù hợp với nhiều thiết bị nhất có thể trong một chip duy nhất và vận hành tất cả chúng một cách đáng tin cậy ở tần số xung nhịp cao. Hơn nữa, nhóm sẽ kiểm tra cách AQFPs có thể hỗ trợ trong các ứng dụng tính toán khác như phần cứng tính toán thần kinh cấu trúc cho trí tuệ nhân tạo cũng như các ứng dụng điện toán lượng tử.
Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí IEEE về Mạch trạng thái rắn, trong đó bạn có thể biết thêm chi tiết về bộ vi xử lý AQFP MANA.