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根據(jù)最近的估計(jì)，數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在消耗全球電力的2%，這一數(shù)字預(yù)計(jì)在10年內(nèi)將攀升至8%。為了扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)，科學(xué)家們正在考慮新的方法來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心的微處理器。日本研究人員將這一想法推向了極致，創(chuàng)造了一種零電阻超導(dǎo)微處理器。

超導(dǎo)微處理器可以為更節(jié)能的計(jì)算能力提供一種潛在的解決方案，但ieee固態(tài)電路報(bào)告稱，新設(shè)計(jì)目前需要10開(kāi)爾文(或-263攝氏度)以下的超冷溫度。研究人員發(fā)明的絕緣超導(dǎo)微處理器原則上不會(huì)在計(jì)算過(guò)程中從系統(tǒng)中獲得或損失能量。

這種新的微處理器原型稱為MANA(單絕緣集成體系結(jié)構(gòu))，是世界上第一個(gè)絕緣超導(dǎo)體微處理器。它由超導(dǎo)鈮組成，依賴于稱為絕緣量子通量參數(shù)電子(AQFP)的硬件組件。每個(gè)AQFP由幾個(gè)支持能量不足的超導(dǎo)電子器件的快速約瑟夫森結(jié)開(kāi)關(guān)組成。MANA微處理器由2萬(wàn)多個(gè)約瑟夫森結(jié)(或超過(guò)10000 AQFP)組成。

研究人員解釋說(shuō)，用于制造微處理器的AQFP已被優(yōu)化為絕緣運(yùn)行，將從電源中提取的能量恢復(fù)到相對(duì)較低的時(shí)鐘頻率(最高可達(dá)10 GHz)。這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)超導(dǎo)電子中數(shù)百千兆赫茲的頻率。但這并不意味著MANA已經(jīng)達(dá)到10 GHz的速度。實(shí)驗(yàn)表明，MANA的數(shù)據(jù)處理部分可以以2.5GHz的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，這使得它可以與當(dāng)今的計(jì)算技術(shù)媲美。

基于鈮的微處理器的入門價(jià)格取決于低溫和將系統(tǒng)冷卻到超導(dǎo)溫度的能源成本。然而，即使考慮到冷卻成本，AQFP仍然比先進(jìn)的半導(dǎo)體電子產(chǎn)品(如7納米翅片式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)高出約80倍的能源效率。由于MANA微處理器需要液氦水平的低溫，所以它更適合使用低溫冷卻系統(tǒng)的大型計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，如數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)。

數(shù)據(jù)中心是分布在信息高速公路上的交通樞紐。隨著我們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)依賴程度的加深，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。以中國(guó)為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅速，在數(shù)量和規(guī)模上年增長(zhǎng)率超過(guò)20%。然而，數(shù)據(jù)中心的高能耗也是一個(gè)眾所周知的問(wèn)題。綠色、智能化、簡(jiǎn)約是未來(lái)10年的發(fā)展趨勢(shì)。雖然最新的超導(dǎo)微處理器需要低溫運(yùn)行，但它仍然為提高數(shù)據(jù)中心的能源效率提供了重要的途徑。