За да се справят с непрекъснато нарастващата нужда от повече изчислителна мощ, изследователи от Националния университет в Йокохама, Япония, успешно разработиха 4-битов прототип AQFP микропроцесор, наречен MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Този нов микропроцесор е разработен с помощта на свръхпроводници, които са около 80 пъти по-енергийно ефективни от тези, които се намират в микропроцесорите на наличните високопроизводителни изчислителни системи.
Новият процесор е направен с помощта на ниобий / алуминий Josephson Junctions и работи при 4.2K. Той използва енергийно ефективна свръхпроводникова цифрова електронна структура, наречена адиабатен квантов поток-параметрон (AQFP), като градивен елемент за свръхмалка мощност, високопроизводителни микропроцесори и друг изчислителен хардуер за следващото поколение центрове за данни и комуникационни мрежи.
Както е посочено от доцента в Националния университет в Йокохама и водещ автор на изследването Кристофър Аяла, „Дигиталната комуникационна инфраструктура, която поддържа информационната ера, в която живеем днес, в момента използва приблизително 10% от глобалното електричество. Проучванията показват, че в най-лошия сценарий, ако няма фундаментална промяна в основната технология на нашите комуникационни инфраструктури, като изчислителния хардуер в големи центрове за данни или електрониката, която задвижва комуникационните мрежи, може да видим използването на електроенергия да надвиши 50% от глобалното електричество до 2030 г. "
AQFP е способен на всички аспекти на изчисленията, а именно. обработка на данни и съхранение на данни. Освен това частта за обработка на данни на микропроцесора може да работи до тактова честота от 2,5 GHz, което е идеално за съвременните изчислителни технологии. Освен това, това може да се увеличи до 5-10 GHz с допълнителни подобрения в методологията на проектиране и експериментална настройка от екипа.
Като свръхпроводниково електронно устройство, AQFP се нуждае от допълнителна мощност за охлаждане на чиповете от стайна температура до 4,2 Келвина, за да позволи на AQFP да влязат в свръхпроводящо състояние. Въпреки режима за охлаждане, AQFP все още е около 80 пъти по-енергийно ефективен в сравнение с най-съвременните полупроводникови електронни устройства, открити във високопроизводителните компютърни чипове, налични днес.
Екипът планира да направи подобрения в технологията, включително разработването на по-компактни AQFP устройства, увеличаване на скоростта на работа и увеличаване на енергийната ефективност още повече чрез обратими изчисления. Също така има планове за мащабиране на дизайнерския подход, за да се поберат възможно най-много устройства в един чип и да се работи надеждно с всички тях при високи тактови честоти. Освен това екипът ще проучи как AQFP могат да помогнат в други изчислителни приложения като невроморфен изчислителен хардуер за изкуствен интелект, както и в приложения за квантови изчисления.
Изследването е публикувано в IEEE Journal of Solid-State Circuits, където можете да получите повече подробности за микропроцесора AQFP MANA.