Supratekniikalla tehokkaampaa tietotekniikkaa

Valokuva 32-bittisestä bitonisesta AQFP lajittelijasta, joka on generoitu tutkimuksessa ehdotetulla synteesikehyksellä. Piiri sisältää 7557 suprajohteista Josephson-liitäntää. Piiri onkin suurin automaattisesti suunniteltu järjestelmätason AQFP-piiri.

Tietotekniikan energiankulutuksesta on tullut kriittinen ongelma. Tähän haasteeseen vastatakseen ryhmä tutkijoita japanista ja yhdysvalloista on kehittänyt puitteita energiankulutuksen vähentämiseksi ja samalla tehokkuuden parantamiseksi.

Tutkimusryhmä käytti digitaalista logiikkaprosessia nimeltään Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP). Logiikan ideana on, että tasavirta tulisi korvata vaihtovirralla. Vaihtovirta toimii sekä kellosignaalina että teholähteenä - kun virta vaihtaa suuntaa, se ilmoittaa seuraavan vaiheen laskennalle.

Logiikka voisi tutkijoiden mukaan parantaa perinteisiä tekniikoita tällä hetkellä jo saatavilla olevilla valmistusprosesseilla. "Tähän asti ei kuitenkaan ole ollut systemaattista, automaattista synteesikehystä muuntaa korkean tason logiikkakuvauksia Adiabatic Quantum-Flux-Parametron -piirien netlist-rakenteiksi", toteaa Yokohaman yliopiston apulaisprofessori Olivia Chen.

Tässä työssä tutkijat onnistuivat lievittämään tätä puutetta mutta viime kädessä tutkijat suunnittelevat täysin automaattisen suunnittelumenetelmän kehittämistä tehokkaimman AQFP-piirijärjestelmän luomiseksi.

Tällaiset Josephson-liitokseen perustuvat suprajohdinlogiikkaperheet ovat laajalti tunnettuja alhaisesta energiahäviöistään ja erittäin nopeasta kytkentänopeudesta. Niitä on ehdotettu ja toteutettu analogisten ja digitaalisten signaalien käsittelemiseksi jo vuosikymmenien ajan.

K. Likharevin, O. Mukhanovin ja V. Semenovin vuonna 1985 ehdottama Rapid-Single-Flux-Quantum (RSFQ) -logiikka on johtava tekniikka useiden vaihtoehtoisten suprajohtavien elektronisten piirirakenteiden joukossa. RSFQ-pohjaiset logiikkapiirit voivat toimia satojen gigahertsien kellotaajuudella erittäin alhaisella kytkentäenergialla suprajohtavissa piireissä.

RSFQ ja sen eri variaatioiden tehonkulutukset eivät tutkijoita kuitenkaan tyydyttäneet. Nyt tutkijat pystyivät osoittamaan, että AQFP voi vähentää energiankulutusta kahdella kertaluokalla perinteiseen puolijohdetekniikkaan verrattuna vaikka suprapiirien jäähdytysenergiakin otetaan huomioon.

Syntetisoitu porttitasolla liukuhihnamainen AQFP-tekniikka voi saavuttaa aina viiden gigahertsin kellotaajuudet, mikä on korkeampi kuin CMOS-piireissä ja järjestelmissä.

"Tutkijoiden nyt saamat tulokset osoittavat AQFP-tekniikan ja sovellusten potentiaalin laajamittaisissa, korkean suorituskyvyn energiatehokkaassa laskennassa, Chen kommentoi.

"AQFP-piirien synteesitulokset ovat erittäin lupaavia energiatehokkaan ja korkean suorituskyvyn laskennan kannalta", Chen summaa. "AQFP-valmistustekniikan tulevaisuuden kehityksen ja kypsyyden myötä odotamme laajempia sovelluksia kuten avaruussovelluksissa ja suurissa laskentalaitteistoissa, kuten datakeskuksissa."

Aiheesta aiemmin:

Sata kertaa nopeampi muisti

Hybridimuistia suprajohtavalle tietotekniikalle