Домой Советы Статьи Энергопотребление суперкомпьютеров снизит разработка российских ученых

Энергопотребление суперкомпьютеров снизит разработка российских ученых

Разработчики рассчитывают, что их изобретение позволит уменьшить энергопотребление суперкомпьютеров на 6 порядков.

Ранее в НИИЯФ была создана микросхема с аналогичным наименованием для сверхпроводниковых высоколинейных детекторов магнитного поля и высоколинейных низкошумящих усилителей. биСКВИД использовался в устройствах аналоговой сверхпроводниковой электроники. Сейчас в нем применен джозефсоновский контакт с ферромагнетиком, и схема применяется для обратимых вычислений.

Наименование «биСКВИД» произошло от аббревиатуры «СКВИД» (от английского SQUID — Superconducting Quantum Interference Device) – сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство, обладающее уникальной чувствительностью к магнитному полю. Приставка «би» в названии отражает объединение функций двух СКВИДов в одной схеме.

Известно, что высокое энергопотребление современных суперкомпьютеров является сложной проблемой на пути их дальнейшего развития, поясняют в институте. По оценкам учёных, дальнейшее увеличение производительности такими же темпами, как сегодня, приведёт к тому, что для работы одного суперкомпьютера следующего поколения потребуется персональный блок атомной электростанции. В целом, энергопотребление зависит от ряда факторов, включая принципы реализации логических операций и выбор материалов, используемых для создания микросхем.

Процессы, протекающие во всех современных компьютерах – персональных и суперкомпьютерах, отличаются необратимостью. Это означает, что часть информации в процессе вычислений теряется, то есть по полученному результату пользователи не могут восстановить то, что было на входе. Данная потеря информации сопровождается потерей энергии и увеличением температуры вычислительной машины, что было показано в 1961 году в работе Р. Ландауэра. Использование полупроводниковых материалов, обладающих электрическим сопротивлением, также приводит к тому, что вычисления сопровождаются потерей энергии и разогревом ЭВМ. Для работы компьютера необходимо не только компенсировать потерю энергии, но и охлаждать микросхемы до рабочей температуры. Естественным выходом из сложившейся ситуации может стать использование обратимых логических операций, которые проходят без потери информации, и создание микросхем компьютера с использованием сверхпроводящих материалов, электрическое сопротивление которых равно нулю.

Недавно учёные США и Японии экспериментально показали, что энергопотребление сверхпроводниковых обратимых схем может быть более, чем на 6 порядков ниже энергопотребления существующих полупроводниковых аналогов, в то время как энергопотребление схем существующей цифровой сверхпроводниковой электроники ниже только на 3 порядка. Но исследуемые ими сверхпроводниковые схемы были достаточно громоздки по меркам современных технологий, что препятствует созданию на их основе суперкомпьютера.

Эксклюзивные подробности биографии знаменитостей, рекомендуем!

* - кликните на стрелки, для появления другой комбинации биографий.

Для решения проблемы сотрудники лаборатории физики наноструктур НИИЯФ МГУ, возглавляемой Михаилом Куприяновым, совместно с коллегами из физического факультета МГУ занялись созданием новых сверхпроводниковых обратимых схем. Они разработали базовый элемент ячейки памяти суперкомпьютера – так называемый джозефсоновский контакт с ферромагнитным материалом. Это изобретение позволяет рассчитывать на создание компактной и энергоэффективной сверхпроводниковой памяти, отсутствие которой является существенным препятствием для практического применения существующей цифровой сверхпроводниковой технологии. Однако, логические операции, используемые в данной технологии, необратимы, а, следовательно, энергоэффективность схем невысока.

Чтобы добиться радикального уменьшения энергопотребления, на этот раз учёные НИИЯФ и физического факультета МГУ предложили новую сверхпроводниковую обратимую схему для логических элементов суперкомпьютера. В её состав входят три джозефсоновских контакта, один из них — ранее предложенный контакт с ферромагнетиком. Использование ферромагнетиков в сверхпроводниковых обратимых схемах позволяет значительно упростить их конструкцию, уменьшить размер и обеспечить адиабатическое протекание процесса обработки информации. «По степени интенсивности энерговыделения процессы, протекающие в современных компьютерах и в предлагаемой нами схеме, можно сравнить с бурным течением горной реки на многочисленных порогах и с тихим, почти незаметным с виду, течением широкой, полноводной реки на равнине», — рассказывают ученые.

Сейчас изобретение ждет экспериментальной проверки. В случае выделения финансирования, лабораторные испытания могут пройти уже в 2014 году.

Иллюстрация: sinp.msu.ru (вид постоянной составляющей профиля потенциала новой обратимой схемы биСКВИДа)


Оцените статью:
ПлохоСойдетТак себеХорошоОчень хорошо (Пока оценок нет)
Загрузка...
Поделитесь: