Холодный флюкс

В Национальном университете Иокогамы (Япония) прошли первые испытания экспериментального микропроцессора на сверхпроводящих базовых элементах. По показателю удельного энергопотребления прибор в восемьдесят раз превосходит современные КМОП-микропроцессоры. Это значит, что новинка потенциально поможет сэкономить почти 10% вырабатываемого на земном шаре электричества.

Элементарная логическая ячейка сверхпроводящего микропроцессора представляет собой адиабатный квантовый флюкс-параметрон (adiabatic quantum-flux-parametron, AQFP) на нестационарном переходе Джозефсона, изготовленном из сверхпроводящего материала Nb-AlOx-Nb.

Кристалл процессора

На базе AQFP-ячеек построена схема четырёхразрядного процессора с гибридной архитектурой MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Изначально он работал на тактовой частоте в 100 кГц. В этом режиме учёные отладили операции записи и чтения регистров, работу арифметико-логического блока, системы ввода-вывода, процедуры запуска и остановки.

После отладки тактовую частоту микропроцессора, охлаждаемого до температуры 4,2 К, подняли сначала до отметки 2,5 ГГц, а затем - до 5 ГГц. И уже на этой частоте были измерены энергозатраты, которые оказались равны 1,4 zJ (зета-Джоуля) на джозефсоновский переход при выполнении любой операции.

Пробник, использованный при тестировании процессора

Исследователи планируют модифицировать AQFP-блок так, чтобы достичь тактовой частоты в 10 ГГц, сохранив прежний уровень энергоэффективности.