Per affrontare il bisogno sempre crescente di maggiore potenza di calcolo, i ricercatori della Yokohama National University, in Giappone, hanno sviluppato con successo un prototipo di microprocessore AQFP a 4 bit denominato MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Questo nuovo microprocessore è stato sviluppato utilizzando superconduttori che sono circa 80 volte più efficienti dal punto di vista energetico di quelli che si trovano nei microprocessori dei sistemi di elaborazione ad alte prestazioni disponibili.
Il nuovo processore è realizzato utilizzando giunzioni Josephson in niobio / alluminio e funziona a 4.2K. Utilizza una struttura elettronica digitale superconduttore ad alta efficienza energetica, chiamata adiabatic quantum-flux-parametron (AQFP), come elemento costitutivo per microprocessori a bassissima potenza e alte prestazioni e altro hardware di elaborazione per la prossima generazione di data center e reti di comunicazione.
Come affermato dal professore associato presso la Yokohama National University e autore principale dello studio, Christopher Ayala, "L'infrastruttura di comunicazione digitale che supporta l'era dell'informazione in cui viviamo oggi utilizza attualmente circa il 10% dell'elettricità globale. Gli studi suggeriscono che nello scenario peggiore, se non vi è alcun cambiamento fondamentale nella tecnologia sottostante delle nostre infrastrutture di comunicazione come l'hardware di elaborazione nei grandi data center o l'elettronica che guida le reti di comunicazione, potremmo vedere il suo consumo di elettricità aumentare a 50% dell'elettricità globale entro il 2030 ".
L'AQFP è in grado di gestire tutti gli aspetti dell'informatica. elaborazione e conservazione dei dati. Inoltre, la parte di elaborazione dati del microprocessore può funzionare fino a una frequenza di clock di 2,5 GHz, ideale per le odierne tecnologie informatiche. Inoltre, questo può aumentare fino a 5-10 GHz con ulteriori miglioramenti nella metodologia di progettazione e nella configurazione sperimentale da parte del team.
Essendo un dispositivo elettronico superconduttore, l'AQFP necessita di potenza aggiuntiva per raffreddare i chip dalla temperatura ambiente fino a 4,2 Kelvin per consentire agli AQFP di entrare nello stato di superconduzione. Nonostante il sovraccarico di raffreddamento, l'AQFP è ancora circa 80 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai dispositivi elettronici a semiconduttore all'avanguardia presenti nei chip per computer ad alte prestazioni disponibili oggi.
Il team prevede di apportare miglioramenti alla tecnologia, incluso lo sviluppo di dispositivi AQFP più compatti, aumentando la velocità operativa e aumentando ulteriormente l'efficienza energetica attraverso il calcolo reversibile. Inoltre, ci sono piani per scalare l'approccio progettuale per adattare il maggior numero di dispositivi possibile in un singolo chip e farli funzionare tutti in modo affidabile ad alte frequenze di clock. Inoltre, il team esaminerà come gli AQFP potrebbero aiutare in altre applicazioni informatiche come l'hardware di calcolo neuromorfico per l'intelligenza artificiale e le applicazioni di calcolo quantistico.
Lo studio è stato pubblicato sull'IEEE Journal of Solid-State Circuits in cui è possibile ottenere maggiori dettagli sul microprocessore MANA AQFP.