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美國投資1500萬，支持這種技術(shù)顛覆傳統(tǒng)芯片
美國投資1500萬，支持這種技術(shù)顛覆傳統(tǒng)芯片
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的一個團(tuán)隊正在領(lǐng)導(dǎo)這項工作，它的名字是DISCOVER，這是一個相當(dāng)有趣的首字母縮略詞，代表超越Exascale實現(xiàn)的風(fēng)險投資的超導(dǎo)計算的設(shè)計和集成。
顧名思義，科學(xué)家們正在尋求使用超導(dǎo)材料作為當(dāng)今半導(dǎo)體的替代品，以開發(fā)新型的超高速和高能效集成電路，以實現(xiàn)可持續(xù)和大規(guī)模的百億億次計算。
創(chuàng)造每秒可提供超過1exaflop或1quintillion浮點運算的超級計算機(jī)一直是美國和包括中國在內(nèi)的國家的一項重要戰(zhàn)略目標(biāo)，因為它們可以顯著加快關(guān)鍵研究項目的速度，從藥物發(fā)展到氣候變化模型。
然而，有一個擔(dān)憂是，今天設(shè)計和制造硅處理器的方法將碰壁，并且不再能夠充分?jǐn)U展以提供exaflop后的性能，因此需要像超導(dǎo)體研究這樣的東西來有望克服這一技術(shù)障礙。
NSF負(fù)責(zé)計算和信息科學(xué)與工程的助理主任MargaretMartonosi表示，周五宣布授予DISCOVER的1500萬美元獎金，旨在“支持在后摩爾定律時代為計算系統(tǒng)設(shè)想未來材料的努力”。
DISCOVER的工作需要開發(fā)完整的硬件和軟件系統(tǒng)，“能夠設(shè)計、優(yōu)化和演示新型超導(dǎo)器件、單通量量子邏輯電路以及具有非常高性能和超高能效的超導(dǎo)系統(tǒng)，接近能量的理論極限效率。”
更具體地說，該團(tuán)隊專注于使用基于鈮的約瑟夫森結(jié)的芯片，該器件由兩種超導(dǎo)材料組成，通過非超導(dǎo)材料連接。這些設(shè)備只能在4.2開爾文（等于-452華氏度或-269攝氏度）的超低溫下運行，并且它們“通過在超導(dǎo)回路中產(chǎn)生或消除持續(xù)電流”來存儲0和1的邏輯值。
正如DISCOVER所述，這些超導(dǎo)回路的真正巧妙之處在于它們“表現(xiàn)出零電阻，因此不會損失能量”。這是超導(dǎo)芯片對計算能效產(chǎn)生如此驚人影響的一個重要原因。
前路漫漫
對他們來說，未來有大量的工作要做，因此DISCOVER正在南加州大學(xué)維特比團(tuán)隊和其他幾所大學(xué)的研究人員之間進(jìn)行分工，其中包括阿拉巴馬州的奧本大學(xué)、紐約的康奈爾大學(xué)、波士頓的東北大學(xué)、西北大學(xué)伊利諾伊州、紐約羅切斯特大學(xué)和日本橫濱國立大學(xué)。
USCViterbi團(tuán)隊將專注于為廣泛的應(yīng)用開發(fā)超導(dǎo)電路和架構(gòu)，包括通用處理器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器和量子計算機(jī)的經(jīng)典控制系統(tǒng)。
另一方面，其他大學(xué)研究人員將與USCViterbi團(tuán)隊合作，實現(xiàn)“低溫計算核心超導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計和原型設(shè)計”，該系統(tǒng)帶有令人難以置信的酷炫SuperSoCC首字母縮寫詞。
SuperSoCC的工作將涉及新型材料和設(shè)備、片上存儲器設(shè)計以及允許SuperSoCC與室溫電子設(shè)備交互的接口。
DISCOVER認(rèn)為，SuperSOCC的能效比使用硅基CMOS晶體管制造的傳統(tǒng)芯片至少高100倍，同時提供與“最先進(jìn)的”多核半導(dǎo)體芯片相同水平的性能。另一方面，該團(tuán)隊認(rèn)為SuperSoCC可以在與基于CMOS的芯片相同的能量水平下提供至少100倍的性能。
值得注意的是，DISCOVER表示，盡管SuperSOCC需要低溫冷卻的能源成本，但這些主要收益是可能的。
最終，DISCOVER希望“賦能新一代多樣化的工程師和企業(yè)家，他們將把超導(dǎo)設(shè)備和電路帶入高性能計算的主流”。
領(lǐng)導(dǎo)DISCOVER的南加州大學(xué)教授和綠色計算專家馬蘇德·佩德拉姆(MassoudPedram)表示：“隨著基本的CMOS擴(kuò)展極限近在咫尺，探索新興顛覆性計算技術(shù)的時機(jī)已經(jīng)成熟。”
