Випробуваний новий експериментальний процесор CMOS-технології

Дослідники з Національного університету Йокогами, Японія, закінчили розробку і провели перші випробування експериментального мікропроцесора побудованого на базі надпровідних базових ЕЛЕНТ. Цей мікропроцесор з точки зору споживаної енергії в 80 разів ефективніший, ніж нинішні обчислювальні пристрої, виготовлені за CMOS-технології. У цьому полягає величезна перспектива з урахуванням того, що 10 відсотків від кількості вироблюваного на всій земній кулі електрики споживається саме комп’ютерами.

Елементарної функціональної одиницею схеми надпровідного мікропроцесора є нешунтіруемий перехід Джозефсона (Josephson Junction, JJ), виготовлений з надпровідного матеріалу Nb/AlOL (x)/Nb. Логічний базовий блок мікропроцесора, побудований на основі JJ-перереходов, називається адіабатних квантовим Флюкс-параметроном (adiabatic quantum-flux-parametron, AQFP).

На базі AQFP-блоків побудована схема 4-бітного процесора, з гібридною архітектурою, яка поєднувала в собі елементи RISC-архітектури і принципів потокової обробки інформації. Спочатку цей мікропроцесор, який отримав назву MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture) і є першим в світі адіабатних сверхпроводящим мікропроцесором, працював на тактовій частоті в 100 кГц. В цьому режимі дослідники налагодили і перевірили режими роботи блоку логічних операції (ALU), системи введення-виведення, операцій запису і читання регістрів, процедури запуску, припинення і завершення програм.

Після налагодження функціональних блоків тактова частота мікропроцесора MANA, функціонуючого при температурі 4.2 Кельвіна, була піднята спочатку до позначки 2.5 ГГц, а трохи пізніше — до 5 ГГц. І вже на цій тактовій частоті були проведені вимірювання енергетичних витрат, які виявилися рівними 1.4 zJ (Зета-Джоуля) на один JJ-перереход при виконанні однієї будь-якої операції.

Відзначимо, що «взяті» мікропроцесором MANA тактові частоти вже цілком можна порівняти зі значеннями тактових частот, на яких працюють традиційні сучасні мікропроцесори. І дослідники планують в найближчому часі трохи модифікувати структуру AQFP-блоку так, що мікропроцесор зможе працювати при тактовій частоті в 10 ГГц, зберігши на колишньому рівні показник своєї ефективності. Джерело