В России разработана суперкомпьютерная микросхема нового поколения

Ученым НИИЯФ и физического факультета МГУ удалось создать новую микросхему биСКВИД для логических элементов суперкомпьютера, которая может позволить уменьшить энергопотребление суперкомпьютеров на 6 порядков, сообщается на сайте Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына и физического факультета Московского государственного университета.

Устройство выполнено из сверхпроводящего материала, электрическое сопротивление которого равно нулю.

По словам старшего научного сотрудника НИИЯФ МГУ Игоря Соловьева, сам биСКВИД был предложен ранее совместно с профессором физического факультета Виктором Корневым и уже применялся в устройствах аналоговой сверхпроводниковой электроники. Новость в том, что сейчас в нем используется джозефсоновский контакт с ферромагнетиком и схема применяется для обратимых вычислений.

Не секрет, что высокое энергопотребление современных суперкомпьютеров является одной из главных проблем на пути их развития. Как считают ученые, дальнейшее увеличение производительности приведет к тому, что в будущем для работы одного суперкомпьютера следующего поколения потребуется персональный блок атомной электростанции.

Протекающие в современных компьютерах процессы отличаются необратимостью: часть информации в процессе вычислений теряется, по полученному результату нельзя восстановить, что было на входе. Такая потеря информации сопровождается потерей энергии и увеличением температуры вычислительной машины (это было показано в 1961 году в работе Р.Ландауэра).

Кроме того, к потери энергии и разогреву ЭВМ приводит и использование полупроводниковых материалов с электрическим сопротивлением.

Выходом из сложившейся ситуации, как считают ученые, может стать использование обратимых логических операций (они проходят без потери информации), а также разработка микросхем с использованием сверхпроводящих материалов с нулевым электрическим сопротивлением.

Недавно сотрудниками лаборатории физики наноструктур НИИЯФ МГУ, возглавляемой Михаилом Куприяновым, совместно с коллегами из физического факультета МГУ был разработан базовый элемент ячейки памяти суперкомпьютера – джозефсоновский контакт с ферромагнитным материалом. Новинка позволяет рассчитывать на создание в будущем компактной и энергоэффективной сверхпроводниковой памяти, отсутствие которой в настоящее время является препятствием для практического применения существующей цифровой сверхпроводниковой технологии. При этом отмечается, что логические операции, используемые в данной технологии, являются необратимыми, из чего следует, что энергоэффективность схем невысока.

Для радикального уменьшения энергопотребления специалисты НИИЯФ и физического факультета МГУ предложили новую сверхпроводниковую обратимую схему для логических элементов суперкомпьютера, в состав которой входят три джозефсоновских контакта; один из них – ранее предложенный контакт с ферромагнетиком.

Новая сверхпроводниковая обратимая схема для логических элементов суперкомпьютера биСКВИД. J1, J2 – джозефсоновские контакты, J3 – джозефсоновский контакт с ферромагнетиком. Изображение с сайта sinp.msu.ru

Как отмечает Игорь Соловьев, применение ферромагнетиков в сверхпроводниковых обратимых схемах позволяет значительно упростить их конструкцию, а также уменьшить размер и обеспечить адиабатическое протекание процесса обработки информации. По степени интенсивности энерговыделения процессы, которые протекают в современных компьютерах и в предлагаемой учеными схеме, можно сравнить с бурным течением горной реки и с тихим течением реки на равнине.

Сейчас ученые надеются, что им удастся проверить свое изобретение экспериментально. Это может произойти уже в текущем году, в случае выделения необходимого финансирования.