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横滨国立大学开发出首款超导4位处理器

2021/1/4 21:06:46 材料来源：EE News Europe

日本的研究人员首次使用超导结开发出4位处理器。

横滨国立大学开发的超导4位处理器原型是基于一种内置于超导体数字电子结构的未分流约瑟夫森结（JJ）器件，被称为绝热量子通量参量电子(AQFP) ，用于混合RISC数据流机。

尽管已冷却至4.2K，但每个JJ结的转换能量仅为1.4 zJ，这意味着整体系统功耗仍明显低于目前的室温半导体器件。

这为下一代数据中心和通信网络以及神经形态机器学习芯片提供了超低功耗，高性能微处理器和其他计算硬件的可能性。

横滨国立大学副教授兼项目负责人克里斯托弗·艾亚拉( christopher Ayala )表示，支持我们今天生活的信息时代的数字通信基础设施目前消耗了全球约10 %的电力。研究表明，在最坏的情况下，如果我们的通信基础设施如大数据中心的计算机硬件，或驱动通信网络的电子等基础技术没有发生根本性的变化，那么到2030年，它的用电量将超过全球用电量的50 %。

该研究发表在 IEEE固态电路杂志上。“在文章中，我们开发并成功演示了原型4位AQFP微处理器MANA（单绝热集成架构），世界上第一个绝热超导体微处理器，证明了AQFP能够进行实用的节能高速计算。”

“原型微处理器的演示表明，AQFP能够进行各个方面的计算，即：数据处理和数据存储。我们还在单独的芯片上显示出，微处理器的数据处理部分可以在最高时钟频率下运行， 2.5 GHz这与当今的计算技术是一致的。随着我们在设计方法和实验装置上的改进，我们甚至期望将其频率提高到5-10 GHz。” Ayala说。

Ayala 还补充到，“我们演示了寄存器文件的读/写访问，ALU执行，硬件停顿和程序分支在4.2K低温下以100kHz执行。我们还成功演示了一个高达2.5GHz的微处理器执行单元的高速中断芯片。

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