電阻為零的超導微處理器問世 能效高出半導體同類產品八十倍

科技日報北京1月17日電 （記者馮衛東）根據最近的一項估計，目前數據中心的耗能已高達全球電力的2％，這一數字在10年內有望攀升到8％。為逆轉這種趨勢，科學家們正考慮以全新的方式簡化數據中心的微處理器。日本研究人員將這一想法發揮到了極致，創建了一種電阻為零的超導微處理器。

《IEEE固態電路》雜志報道，這種超導微處理器可為更高能效的計算能力提供潛在的解決方案，但新設計目前需要低于10開爾文（或—263℃）的超冷溫度。研究人員創建的這種絕熱超導微處理器，從原理上講，在計算過程中不會從系統中獲得或損失能量。

這個新的微處理器原型稱為MANA（單絕熱集成體系結構），是世界上第一個絕熱超導體微處理器。它由超導鈮組成，并依賴于稱為絕熱量子通量參量電子（AQFP）的硬件組件。每個AQFP由幾個快速作用的約瑟夫森結開關組成，這些結開關只需很少的能量即可支持超導體電子設備。MANA微處理器總共由2萬多個約瑟夫森結（或1萬多個AQFP）組成。

研究人員解釋說，用于構建微處理器的AQFP已經過優化，可以絕熱運行，從而可在相對低的時鐘頻率（高達10GHz左右）下恢復從電源中汲取的能量。與傳統超導電子產品數百吉赫茲的運行頻率相比，這個數字要低得多。但這并不意味著MANA達到了10GHz的速度。實驗顯示，MANA的數據處理部分可在高達2.5GHz的時鐘頻率下運行，這使其與當今的計算技術相當。

這種鈮基微處理器的入門價格取決于低溫和將系統冷卻至超導溫度的能源成本。不過，即使將冷卻成本計算在內，與最先進的半導體電子設備（如7納米鰭式場效應晶體管）相比，AQFP的能源效率仍然高出約80倍。由于MANA微處理器需要液氦水平的低溫，因此它更適合于使用低溫冷卻系統的大規模計算基礎架構，例如數據中心和超級計算機。

總編輯圈點

數據中心是分布在信息高速公路上的一個個交通樞紐。隨著我們對互聯網的依賴程度日益加深，數據中心的發展也突飛猛進。以中國為例，據統計，近年來國內數據中心發展迅猛，在數量和規模上都呈20%以上的年增長。但數據中心耗能高也是“知名難題”，綠色化、智能化、簡易化是它在未來10年的發展趨勢。最新問世的超導微處理器雖需低溫運行，卻依然為提升數據中心能源效率提供了重要思路。