Исследователи из Йокогамского государственного университета разработали прототип микропроцессора на сверхпроводниках, который потребляет в 80 раз меньше энергии, чем современные полупроводниковые устройства.

«Инфраструктура цифровой связи использует примерно 10% мировой электроэнергии. Исследования показывают, если не произойдет фундаментальных изменений в технологии связи, включая вычислительное оборудование и электронику, управляющую сетями, к 2030 году инфраструктура связи будет потреблять более половины мировой электроэнергии», — заявил Кристофер Аяла, доцент Йокогамского государственного университета и ведущий автор исследования.

В попытке решить проблему энергопотребления команда ученых разработала энергоэффективную сверхпроводящую электронную структуру – адиабатический квантовый параметрон (AQFP). На основе AQFP будут разрабатываться энергоэффективные микропроцессоры нового поколения. Ученые доказали, что AQFP может выполнять высокоскоростные вычисления, разработав и испытав прототип 4-битного адиабатического сверхпроводящего микропроцессора под названием MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture).

Испытания прототипа микропроцессора показали, что AQFP способен выполнять все аспекты вычислений, то есть обрабатывать и хранить данные. На отдельном чипе ученые показали, что обработка данных может происходить с частотой до 2,5 ГГц, что соответствует уровню современных вычислительных устройств. В дальнейшем исследователи  планируют увеличить частоту до 5-10 ГГц.

Для успешной работы прототип пришлось охладить  до 4,2 Кельвина, чтобы позволить AQFP перейти в сверхпроводящее состояние. Но даже с учетом затрат на охлаждение AQFP потребляет в 80 раз меньше энергии по сравнению с современными полупроводниковыми устройствами.

Теперь команда планирует оптимизировать чип и определить его масштабируемость.

«Сейчас мы работаем над улучшением технологии — разрабатываем более компактные устройства AQFP, повышаем скорость и энергоэффективность работы. Мы также меняем наш подход к проектированию, чтобы разместить как можно больше устройств в одном чипе», — сообщил Аяла.

Помимо создания стандартных микропроцессоров, команда будет также изучать возможности применения AQFP в вычислительном оборудовании для искусственного интеллекта, а также в квантовых вычислениях.