Hardware

Mikroprosesor yang sangat hemat energi dikembangkan menggunakan superkonduktor


Mikroprosesor yang sangat hemat energi dikembangkan menggunakan superkonduktor

Foto cetakan mikroprosesor AQFP MANA. MANA adalah mikroprosesor superkonduktor adiabatik pertama di dunia. Kredit: Universitas Nasional Yokohama

Para peneliti dari Universitas Nasional Yokohama di Jepang telah mengembangkan prototipe mikroprosesor menggunakan perangkat superkonduktor yang sekitar 80 kali lebih hemat energi daripada perangkat semikonduktor canggih yang ditemukan di mikroprosesor sistem komputasi berkinerja tinggi saat ini.

Seiring teknologi saat ini menjadi semakin terintegrasi dalam kehidupan kita sehari-hari, kebutuhan akan daya komputasi semakin meningkat. Karena peningkatan ini, penggunaan energi dari daya komputasi yang meningkat itu tumbuh pesat. Misalnya, begitu banyak energi yang digunakan oleh pusat data modern yang sebagian dibangun di dekat sungai sehingga air yang mengalir dapat digunakan untuk mendinginkan mesin.

“Infrastruktur komunikasi digital yang mendukung Era Informasi yang kita jalani saat ini menggunakan sekitar 10% dari listrik global. Studi menunjukkan bahwa dalam skenario terburuk, jika tidak ada perubahan mendasar dalam teknologi yang mendasari infrastruktur komunikasi kita seperti perangkat keras komputasi di pusat data besar atau elektronik yang menggerakkan jaringan komunikasi, kita mungkin melihat penggunaan listriknya meningkat hingga lebih dari 50% dari listrik global pada tahun 2030, “kata Christopher Ayala, seorang profesor di Universitas Nasional Yokohama, dan penulis utama dari penelitian ini.

Penelitian tim, diterbitkan di Jurnal: Jurnal IEEE Sirkuit Solid-State, merinci upaya untuk mengembangkan arsitektur mikroprosesor yang lebih hemat energi menggunakan superkonduktor, perangkat yang sangat efisien, tetapi memerlukan kondisi lingkungan tertentu untuk beroperasi.

Untuk mengatasi masalah daya ini, tim mengeksplorasi penggunaan struktur elektronik digital superkonduktor yang sangat hemat energi, yang disebut adiabatik quantum-flux-parametron (AQFP), sebagai blok bangunan untuk mikroprosesor berdaya sangat rendah dan berkinerja tinggi, dan perangkat keras komputasi lainnya untuk pusat data dan jaringan komunikasi generasi berikutnya.

“Dalam makalah ini, kami ingin membuktikan bahwa AQFP mampu melakukan komputasi berkecepatan tinggi hemat energi praktis, dan kami melakukannya dengan mengembangkan dan berhasil mendemonstrasikan prototipe mikroprosesor AQFP 4-bit yang disebut MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture), mikroprosesor superkonduktor adiabatik pertama di dunia, “kata Ayala.

“Demonstrasi mikroprosesor prototipe kami menunjukkan bahwa AQFP mampu melakukan semua aspek komputasi, yaitu: pemrosesan data dan penyimpanan data. Kami juga menunjukkan pada chip terpisah bahwa bagian pemrosesan data dari mikroprosesor dapat beroperasi hingga frekuensi clock. 2,5 GHz membuat ini setara dengan teknologi komputasi saat ini. Kami bahkan berharap ini meningkat menjadi 5-10 GHz karena kami melakukan perbaikan dalam metodologi desain dan pengaturan eksperimental kami, “kata Ayala.

Namun, superkonduktor membutuhkan suhu yang sangat dingin agar dapat beroperasi dengan sukses. Orang akan berpikir bahwa jika Anda memperhitungkan pendinginan yang diperlukan untuk mikroprosesor superkonduktor, kebutuhan energi akan menjadi tidak diinginkan dan melampaui mikroprosesor saat ini. Tetapi menurut tim peneliti, yang mengejutkan, bukan demikian:

“AQFP adalah perangkat elektronik superkonduktor, yang berarti bahwa kami memerlukan daya tambahan untuk mendinginkan chip kami dari suhu ruangan hingga 4,2 Kelvin untuk memungkinkan AQFP masuk ke status superkonduktor. Tetapi bahkan saat memperhitungkan overhead pendinginan ini, AQFP masih sekitar 80 kali lebih hemat energi jika dibandingkan dengan perangkat elektronik semikonduktor canggih yang ditemukan dalam chip komputer berkinerja tinggi yang tersedia saat ini. “

Sekarang tim telah membuktikan konsep arsitektur chip superkonduktor ini, mereka berencana untuk mengoptimalkan chip dan menentukan skalabilitas chip dan pengoptimalan kecepatan pos.

“Kami sekarang bekerja untuk membuat peningkatan dalam teknologi, termasuk pengembangan perangkat AQFP yang lebih kompak, meningkatkan kecepatan operasi, dan meningkatkan efisiensi energi lebih jauh melalui komputasi yang dapat dibalik,” kata Ayala. “Kami juga menskalakan pendekatan desain kami sehingga kami dapat memasukkan sebanyak mungkin perangkat dalam satu chip dan mengoperasikan semuanya dengan andal pada frekuensi clock tinggi.”

Selain membangun mikroprosesor standar, tim juga tertarik untuk memeriksa bagaimana AQFP dapat membantu dalam aplikasi komputasi lain seperti perangkat keras komputasi neuromorfik untuk kecerdasan buatan serta aplikasi komputasi kuantum.


Masa depan sirkuit hemat energi yang ‘sangat’


Informasi lebih lanjut:
Christopher L. Ayala dkk, MANA: Mikroprosesor Arsitektur iNtegrasi Adiabatik Monolitik Menggunakan Perangkat Superkonduktor Josephson Junction 1.4-zJ / op Unshunted, Jurnal IEEE Sirkuit Solid-State (2020). DOI: 10.1109 / JSSC.2020.3041338

Disediakan oleh Universitas Nasional Yokohama

Kutipan: Mikroprosesor yang sangat hemat energi yang dikembangkan menggunakan superkonduktor (2020, 28 Desember) diakses 28 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-extremely-energy-efficient-microprocessor-superconductors.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP