Superledende Niobium Chip smadrer Silicium Strømforbrug Standarder

Når det kommer til energieffektivitet, spiser nutidens computere omkring otte størrelsesordener mere end det teoretiske minimum. Det er klart, at der er plads til forbedringer.

I dag afslører Quentin Herr og venner hos Northrop Grumman Systems i Baltimore en superledende logisk enhed, der bruger 300 gange mindre strøm end konventionelle siliciumchips. Det vil være et chok for chipproducenter, hvis forsøg på energieffektivitetsforbedringer blegne i sammenligning.

Fysikkens love hjælper selvfølgelig. Effekten afgivet af en konventionel transistor afhænger af dens størrelse og af det materiale, den er lavet af.

Til sammenligning er den energi, der spredes af den superledende ækvivalent, Josephson-forbindelsen, kun bestemt af termisk støj, idet systemet er helt fri for den besværlige modstand, der æder energi i konventionelle enheder.

For at udnytte dette udviklede og byggede Herr og co en ny type enhed kendt som en gensidig kvantelogikchip. Deres superledende chip er lavet af niobium, opererer ved 4,2 kelvin og består af 1600 Josephson junctions.

De siger, at den kan fungere ved clock-hastigheder på 6 Ghz med en 6 mW strømforsyning, at hurtigere hastigheder er mulige, og at denne ydeevne kan skaleres til chips med en million kryds. Og det gør det med en bitfejlrate på mindre end 10^-40. Det er praktisk talt ingenting.

Men kæbedropperen er strømforbruget, som kun er tre størrelsesordener over den teoretiske grænse.

Det er selvfølgelig ikke strømforbruget til vægstikket, da der skal tages højde for de store omkostninger til køling. Men selv når det er tilfældet, siger Herr og co, at den nye enhed udkonkurrerer siliciumstrømforbruget med en faktor på 300. Det gør superledende logik til en fristende mulighed for high-end computing, hvor energiregningen er en betydelig omkostning. I 2007 beregnede US Environmental Protection Agency, at servere og datacentre i USA optager omkring 12 GW strøm, svarende til output fra 25 kraftværker. At skære det ned med en faktor på 300 ville spare et par dollars. Niobium tilbyder også en interessant ekstra. Det er naturligvis strålingshårdt, hvilket betyder, at disse chips kan være særligt velegnede til at operere i rummet eller andre meget radioaktive miljøer. Det er den slags ting, der kan være med til at generere militær finansiering. Faktisk blev Herr og cos arbejde delvist finansieret af Defense MicroElectronics Activity, en militær forskningsorganisation baseret i Sacramento. Interessant nok kan enheden også nemt konverteres til at fungere i kvanteberegningsregimet, blot ved at køle den ned til et par millikevin. Det kunne gøre det til et nyttigt springbræt mod kvanteteknologier. At denne teknologi er kommet ud af Northrop er noget af en overraskelse. Dette er et firma, der laver Global Hawk UAV og B-2 bombeflyet sammen med mange andre militære teknologier. Men Herrs arbejde gør det pludselig til en spiller i verden af ​​næste generation af computere. Det bliver interessant at se, hvor det går hen Ref: arxiv.org/abs/1103.4269 : Ultra-Low-Power Superconductor Logic Du kan nu følge The Physics arXiv Blog på Twitter skjule