Aby sa uspokojila neustále rastúca potreba väčšieho výpočtového výkonu, vyvinuli vedci z Jokohamskej národnej univerzity v Japonsku úspešne 4-bitový prototyp mikroprocesora AQFP s názvom MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Tento nový mikroprocesor bol vyvinutý pomocou supravodičov, ktoré sú asi 80-krát energeticky účinnejšie ako tie, ktoré sa nachádzajú v mikroprocesoroch dostupných vysoko výkonných výpočtových systémov.
Nový procesor je vyrobený na báze nióbu a hliníka Josephson Junctions a pracuje pri 4,2 tis. Využíva energeticky efektívnu supravodičovú digitálnu elektronickú štruktúru, ktorá sa nazýva adiabatický parametrický tok parametrov (AQFP), ako stavebný prvok pre vysoko výkonné mikroprocesory s nízkym výkonom a ďalší výpočtový hardvér pre ďalšiu generáciu dátových centier. a komunikačné siete.
Ako uviedol docent na Jokohamskej národnej univerzite a hlavný autor štúdie Christopher Ayala: „Infraštruktúra digitálnej komunikácie, ktorá podporuje informačný vek, v ktorom dnes žijeme, v súčasnosti využíva približne 10% globálnej elektriny. Štúdie naznačujú, že v najhoršom scenári, ak nedôjde k zásadnej zmene základnej technológie našich komunikačných infraštruktúr, ako je výpočtový hardvér vo veľkých dátových centrách alebo elektronika, ktorá riadi komunikačné siete, môžeme vidieť nárast spotreby elektrickej energie 50% globálnej elektriny do roku 2030. “
AQFP je schopný všetkých aspektov výpočtu, tj. spracovanie a ukladanie údajov. Okrem toho časť na spracovanie údajov mikroprocesora môže pracovať až na taktovacej frekvencii 2,5 GHz, čo je ideálne riešenie pre súčasné výpočtové technológie. Okrem toho sa to môže zvýšiť na 5 až 10 GHz s ďalšími vylepšeniami v metodológii návrhu a experimentálnom nastavení tímu.
Pretože je to supravodivé elektronické zariadenie, AQFP potrebuje ďalšiu energiu na ochladenie čipov z izbovej teploty na 4,2 Kelvina, aby umožnil AQFP prejsť do supravodivého stavu. Napriek chladiacej réžii je AQFP stále asi 80-krát energeticky účinnejší v porovnaní s najmodernejšími polovodičovými elektronickými zariadeniami, ktoré sa dnes nachádzajú vo vysoko výkonných počítačových čipoch.
Tím plánuje vylepšiť technológiu vrátane vývoja kompaktnejších zariadení AQFP, zvýšenia prevádzkovej rýchlosti a ešte väčšieho zvýšenia energetickej účinnosti prostredníctvom reverzného výpočtu. Existujú tiež plány na rozšírenie návrhového prístupu tak, aby sa do jedného čipu zmestilo čo najviac zariadení a aby všetky fungovali spoľahlivo pri vysokých frekvenciách hodín. Tím navyše preskúma, ako by AQFP mohli pomáhať v iných výpočtových aplikáciách, ako je neuromorfný výpočtový hardvér pre umelú inteligenciu, ako aj v kvantových výpočtových aplikáciách.
Štúdia bola publikovaná v IEEE Journal of Solid-State Circuits, kde získate viac podrobností o mikroprocesore AQFP MANA.