一颗 7nm 制程的芯片，所需能量竟然能被用来运行 80 个超导芯片？
这种超导芯片在处理数据时，运行效率可达 2.5GHz，与目前所需的计算技术相匹配。
如果进一步研发的话，处理速度还能再进一步优化。
节省 80 倍能效的超导芯片
MANA（MonolithicAdiabatic iNtegration Architecture）超导芯片，由一种名为铌 （Nb）的超导金属组成。
这种芯片的关键构成部分，是一种名为AQFP （绝热量子通量参变器）的节能超导数字电子结构。
AQFP 结构，能处理所有计算问题，包括数据处理和数据存储。
之所以能耗这么低，源于 AQFP 超导材料的物理特性、断热型供电方式。
它的所有逻辑门元件，都基于超导约瑟夫结制作，这也是它超导特性的由来。
每个 AQFP，由几个快速作用的超导约瑟夫结构成，只需要很少的能量，就能支持超导器件。
相比于 CMOS 需要直流偏置，AQFP 只需要采用交流电供电，静态功耗趋近于 0，还进一步降低了开关器件所需的电流。
这次推出的 MANA（单片集成架构），就是一个 4 位 AQFP 微芯片的原型，它由超过 10000 个 AQFP 组成。
那么，这种芯片所需的冷却成本，是不是已经超过了芯片的能耗？
并非如此。
研究人员表示，即使加上冷却超导芯片的成本，整体能耗也比 7nm 芯片低 80 倍。
在 MANA 被研制出来之前，来自日本横滨国立大学的研究人员，就在 2016 年成功制造了一块拥有 8.3 万个约瑟夫结的 AQFP 芯片。
而在 ISCA 2019 上，他们和美国东北大学的王言治研究组一起，共同提出了基于 AQFP 的超导量子计算技术神经网络硬件加速系统。
目前，团队计划进一步改善这项技术，如开发更精密的 AQFP 结构、提高运行速度、能效等。
为什么要开发这种微处理器？
论文一作、来自日本横滨国立大学的副教授 Christopher Ayala 认为，随着信息时代的发展，数字通信基础设施的能耗，会越来越高。
如果不从根本上改变通信基础技术，到 2030 年，能耗将可能占用全球用电量的50% 以上。
例如，目前许多大型数据中心，不得不建在河流附近，利用流动的水冷却机器。
研究人员认为，MANA 适合被用于大型数据中心，以及超级计算机等大规模计算基础设施。
因为这些设施，既包含冷却系统，可以将 MANA 芯片冷却到所需温度，又非常需要数据计算和数据存储能力。
MANA 的出现，将有希望对这些数据中心的能耗进行改善。
网友热议
MANA 的数据，引发了不少网友的讨论。
有网友认为，这对于数据中心来说，是一件值得兴奋的事情。想象一下，处理能力一下子就便宜了 80 倍！
也有网友认为，虽然大型数据中心可能从中获益，但 -263 ℃的温度，要求还是太高了。
如果只需要液氮的温度，那么这会是一次真正的芯片革命。
" 将来，我不知道有什么东西能阻止我们分裂原子，然后拥有大量廉价能源。"
论文地址：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9295318
参考链接：
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/new-superconductor-microprocessor-yields-a-substantial-boost-in-efficiency
https://news.ycombinator.com/item?id=25765128
— 完 —
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