Um dem ständig wachsenden Bedarf an mehr Rechenleistung gerecht zu werden, haben Forscher der Yokohama National University, Japan, erfolgreich einen 4-Bit-AQFP-Prototyp-Mikroprozessor namens MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture) entwickelt. Dieser neue Mikroprozessor wurde unter Verwendung von Supraleitern entwickelt, die etwa 80-mal energieeffizienter sind als diejenigen, die in Mikroprozessoren von Hochleistungsrechnersystemen verfügbar sind.
Der neue Prozessor besteht aus Josephson Junctions aus Niob / Aluminium und arbeitet mit 4,2 KB. Es verwendet eine energieeffiziente digitale elektronische Supraleiterstruktur, die als adiabatisches Quantenflussparameter (AQFP) bezeichnet wird, als Baustein für Hochleistungs-Mikroprozessoren mit extrem geringem Stromverbrauch und andere Computerhardware für die nächste Generation von Rechenzentren und Kommunikationsnetze.
Christopher Ayala, Associate Professor an der Yokohama National University und Hauptautor der Studie, erklärte: „Die digitale Kommunikationsinfrastruktur, die das heutige Informationszeitalter unterstützt, verbraucht derzeit etwa 10% des weltweiten Stroms. Studien deuten darauf hin, dass im schlimmsten Fall, wenn sich die zugrunde liegende Technologie unserer Kommunikationsinfrastrukturen wie die Computerhardware in großen Rechenzentren oder die Elektronik, die die Kommunikationsnetze antreibt, nicht grundlegend ändert, der Stromverbrauch möglicherweise zu hoch wird 50% des weltweiten Stroms bis 2030. “
Der AQFP ist in der Lage, alle Aspekte des Rechnens zu erfüllen. Datenverarbeitung und Datenspeicherung. Außerdem kann der Datenverarbeitungsteil des Mikroprozessors bis zu einer Taktfrequenz von 2,5 GHz arbeiten, was für die heutigen Computertechnologien ideal ist. Darüber hinaus kann dieser Wert durch weitere Verbesserungen der Entwurfsmethodik und des Versuchsaufbaus durch das Team auf 5 bis 10 GHz erhöht werden.
Als elektronisches Supraleitergerät benötigt der AQFP zusätzliche Energie, um die Chips von Raumtemperatur auf 4,2 Kelvin abzukühlen, damit die AQFPs in den supraleitenden Zustand übergehen können. Trotz des Kühlungsaufwands ist der AQFP im Vergleich zu den modernen elektronischen Halbleiterbauelementen, die in heute erhältlichen Hochleistungs-Computerchips zu finden sind, immer noch etwa 80-mal energieeffizienter.
Das Team plant, die Technologie zu verbessern, einschließlich der Entwicklung kompakterer AQFP-Geräte, der Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit und der weiteren Steigerung der Energieeffizienz durch reversible Berechnungen. Es ist auch geplant, den Entwurfsansatz so zu skalieren, dass möglichst viele Geräte in einen einzelnen Chip passen und alle zuverlässig bei hohen Taktfrequenzen betrieben werden. Darüber hinaus wird das Team untersuchen, wie AQFPs bei anderen Computeranwendungen wie neuromorpher Computerhardware für künstliche Intelligenz sowie bei Quantencomputeranwendungen helfen können.
Die Studie wurde im IEEE Journal of Solid-State Circuits veröffentlicht, in dem Sie weitere Informationen zum AQFP MANA-Mikroprozessor erhalten.