Om de steeds toenemende behoefte aan meer rekenkracht aan te pakken, hebben onderzoekers van de Yokohama National University in Japan met succes een 4-bits AQFP-prototype-microprocessor ontwikkeld met de naam MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Deze nieuwe microprocessor is ontwikkeld met behulp van supergeleiders die ongeveer 80 keer energiezuiniger zijn dan degene die worden aangetroffen in microprocessors van beschikbare high-performance computersystemen.
De nieuwe processor is gemaakt van niobium / aluminium Josephson Junctions en werkt op 4,2K. Het maakt gebruik van een energie-efficiënte supergeleider digitale elektronische structuur, genaamd de adiabatische quantum-flux-parametron (AQFP), als bouwsteen voor ultra-low-power, high-performance microprocessors en andere computerhardware voor de volgende generatie datacenters en communicatienetwerken.
Zoals aangegeven door de universitair hoofddocent aan de Yokohama National University en hoofdauteur van de studie, Christopher Ayala: “De digitale communicatie-infrastructuur die het informatietijdperk ondersteunt waarin we vandaag leven, gebruikt momenteel ongeveer 10% van de wereldwijde elektriciteit. Studies suggereren dat in het ergste geval, als er geen fundamentele verandering is in de onderliggende technologie van onze communicatie-infrastructuren, zoals de computerhardware in grote datacentra of de elektronica die de communicatienetwerken aandrijft, het elektriciteitsverbruik ervan kan stijgen tot boven 50% van de wereldwijde elektriciteit tegen 2030. "
De AQFP is in staat tot alle aspecten van computergebruik, namelijk. gegevensverwerking en gegevensopslag. Bovendien kan het gegevensverwerkingsgedeelte van de microprocessor werken tot een klokfrequentie van 2,5 GHz, wat ideaal is voor de huidige computertechnologieën. Bovendien kan dit toenemen tot 5-10 GHz met verdere verbeteringen in de ontwerpmethodologie en experimentele opstelling door het team.
Omdat het een supergeleidend elektronisch apparaat is, heeft de AQFP extra vermogen nodig om de chips van kamertemperatuur tot 4,2 Kelvin te koelen, zodat de AQFP's in de supergeleidende toestand kunnen komen. Ondanks de afkoelende overhead is de AQFP nog steeds ongeveer 80 keer energiezuiniger in vergelijking met de ultramoderne elektronische halfgeleiderapparaten die te vinden zijn in krachtige computerchips die tegenwoordig beschikbaar zijn.
Het team is van plan verbeteringen aan te brengen in de technologie, waaronder de ontwikkeling van compactere AQFP-apparaten, het verhogen van de werkingssnelheid en het nog verder verhogen van de energie-efficiëntie door middel van omkeerbare berekeningen. Er zijn ook plannen om de ontwerpbenadering op te schalen om zoveel mogelijk apparaten in een enkele chip te passen en ze allemaal betrouwbaar te laten werken op hoge klokfrequenties. Bovendien zal het team onderzoeken hoe AQFP's kunnen helpen bij andere computertoepassingen, zoals neuromorfe computerhardware voor kunstmatige intelligentie en kwantumcomputertoepassingen.
De studie is gepubliceerd in het IEEE Journal of Solid-State Circuits waarin u meer informatie kunt krijgen over de AQFP MANA-microprocessor.