Pour répondre au besoin toujours croissant de puissance de calcul, des chercheurs de l'Université nationale de Yokohama, au Japon, ont développé avec succès un prototype de microprocesseur AQFP 4 bits nommé MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Ce nouveau microprocesseur est développé à l'aide de supraconducteurs qui sont environ 80 fois plus écoénergétiques que ceux que l'on trouve dans les microprocesseurs des systèmes de calcul haute performance disponibles.
Le nouveau processeur utilise des jonctions Josephson niobium / aluminium et fonctionne à 4,2K. Il utilise une structure électronique numérique supraconductrice économe en énergie, appelée paramétron de flux quantique adiabatique (AQFP), comme élément constitutif de microprocesseurs ultra-basse consommation haute performance et d'autres matériels informatiques pour la prochaine génération de centres de données. et les réseaux de communication.
Comme l'a indiqué le professeur agrégé de l'Université nationale de Yokohama et auteur principal de l'étude, Christopher Ayala, «L'infrastructure de communication numérique qui soutient l'ère de l'information dans laquelle nous vivons aujourd'hui utilise actuellement environ 10% de l'électricité mondiale. Des études suggèrent que dans le pire des cas, s'il n'y a pas de changement fondamental dans la technologie sous-jacente de nos infrastructures de communication, comme le matériel informatique dans les grands centres de données ou l'électronique qui alimente les réseaux de communication, nous pourrions voir sa consommation d'électricité augmenter 50% de l'électricité mondiale d'ici 2030. »
L'AQFP est capable de tous les aspects de l'informatique à savoir. traitement et stockage des données. En outre, la partie informatique du microprocesseur peut fonctionner jusqu'à une fréquence d'horloge de 2,5 GHz, ce qui est idéal pour les technologies informatiques actuelles. De plus, cela peut augmenter jusqu'à 5-10 GHz avec d'autres améliorations de la méthodologie de conception et de la configuration expérimentale par l'équipe.
En tant que dispositif électronique supraconducteur, l'AQFP a besoin d'une puissance supplémentaire pour refroidir les puces de la température ambiante jusqu'à 4,2 Kelvin afin de permettre aux AQFP de passer à l'état supraconducteur. Malgré la surcharge de refroidissement, l'AQFP est toujours environ 80 fois plus économe en énergie que les dispositifs électroniques à semi-conducteurs de pointe trouvés dans les puces informatiques hautes performances disponibles aujourd'hui.
L'équipe prévoit d'apporter des améliorations à la technologie, notamment le développement de dispositifs AQFP plus compacts, en augmentant la vitesse de fonctionnement et en augmentant encore davantage l'efficacité énergétique grâce au calcul réversible. En outre, il est prévu de mettre à l'échelle l'approche de conception pour adapter autant de dispositifs que possible dans une seule puce et les faire fonctionner tous de manière fiable à des fréquences d'horloge élevées. De plus, l'équipe examinera comment les AQFP pourraient aider dans d'autres applications informatiques telles que le matériel informatique neuromorphique pour l'intelligence artificielle ainsi que les applications d'informatique quantique.
L'étude a été publiée dans le IEEE Journal of Solid-State Circuits dans lequel vous pouvez obtenir plus de détails sur le microprocesseur AQFP MANA.