Για την αντιμετώπιση της συνεχώς αυξανόμενης ανάγκης για περισσότερη υπολογιστική ισχύ, ερευνητές από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Yokohama της Ιαπωνίας ανέπτυξαν με επιτυχία έναν πρωτότυπο μικροεπεξεργαστή 4-bit AQFP με το όνομα MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Αυτός ο νέος μικροεπεξεργαστής αναπτύσσεται με χρήση υπεραγωγών που είναι περίπου 80 φορές πιο ενεργειακά αποδοτικοί από αυτούς που βρίσκονται στους μικροεπεξεργαστές διαθέσιμων υπολογιστικών συστημάτων υψηλής απόδοσης.
Ο νέος επεξεργαστής έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας το νιόβιο / αλουμίνιο Josephson Junctions και λειτουργεί στα 4.2K. Χρησιμοποιεί μια ενεργειακά αποδοτική ψηφιακή ηλεκτρονική δομή υπεραγωγών, που ονομάζεται adiabatic quantum-flux-parametron (AQFP), ως δομικό στοιχείο για μικροεπεξεργαστές εξαιρετικά χαμηλής ισχύος, υψηλής απόδοσης και άλλο υπολογιστικό υλικό για την επόμενη γενιά κέντρων δεδομένων και δίκτυα επικοινωνίας.
Όπως υπέβαλε ο αναπληρωτής καθηγητής στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Yokohama και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Christopher Ayala, «Η υποδομή ψηφιακών επικοινωνιών που υποστηρίζει την εποχή της πληροφορίας στην οποία ζούμε σήμερα χρησιμοποιεί σήμερα περίπου το 10% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας. Μελέτες δείχνουν ότι, στη χειρότερη περίπτωση, εάν δεν υπάρχει θεμελιώδης αλλαγή στην υποκείμενη τεχνολογία των υποδομών επικοινωνίας μας, όπως το υλικό υπολογιστών σε μεγάλα κέντρα δεδομένων ή τα ηλεκτρονικά που οδηγούν τα δίκτυα επικοινωνίας, μπορεί να δούμε την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας να αυξάνεται 50% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2030. "
Το AQFP είναι ικανό για όλες τις πτυχές του υπολογιστή, δηλαδή. επεξεργασία δεδομένων και αποθήκευση δεδομένων. Εκτός αυτού, το τμήμα επεξεργασίας δεδομένων του μικροεπεξεργαστή μπορεί να λειτουργήσει με συχνότητα ρολογιού 2,5 GHz, η οποία είναι ιδανική για τις σημερινές τεχνολογίες υπολογιστών. Επιπλέον, αυτό μπορεί να αυξηθεί στα 5-10 GHz με περαιτέρω βελτιώσεις στη μεθοδολογία σχεδιασμού και την πειραματική ρύθμιση από την ομάδα.
Όντας μια ηλεκτρονική συσκευή υπεραγωγών, το AQFP χρειάζεται πρόσθετη ισχύ για να ψύξει τα τσιπ από τη θερμοκρασία δωματίου σε 4,2 Kelvin για να επιτρέψει στα AQFP να μεταβούν στην κατάσταση υπεραγωγών. Παρά την επιβάρυνση ψύξης, το AQFP εξακολουθεί να είναι περίπου 80 φορές πιο ενεργειακά αποδοτικό σε σύγκριση με τις υπερσύγχρονες ηλεκτρονικές συσκευές ημιαγωγών που βρίσκονται σε τσιπ υπολογιστών υψηλής απόδοσης που διατίθενται σήμερα.
Η ομάδα σχεδιάζει να κάνει βελτιώσεις στην τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης πιο συμπαγών συσκευών AQFP, αύξησης της ταχύτητας λειτουργίας και αύξησης της ενεργειακής απόδοσης ακόμη περισσότερο μέσω αναστρέψιμου υπολογισμού. Επίσης, υπάρχουν σχέδια για κλιμάκωση της σχεδιαστικής προσέγγισης ώστε να χωράει όσο το δυνατόν περισσότερες συσκευές σε ένα τσιπ και να λειτουργούν όλες αυτές αξιόπιστα σε υψηλές συχνότητες ρολογιού. Επιπλέον, η ομάδα θα εξετάσει πώς τα AQFPs θα μπορούσαν να βοηθήσουν σε άλλες υπολογιστικές εφαρμογές όπως το νευρομορφικό υπολογιστικό υλικό για τεχνητή νοημοσύνη, καθώς και κβαντικές υπολογιστικές εφαρμογές.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο IEEE Journal of Solid-State Circuits όπου μπορείτε να βρείτε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τον μικροεπεξεργαστή AQFP MANA.