По заявлению ученых из Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына и физического факультета Московского государственного университета , им удалось разработать сверхпроводящий логический элемент, который уменьшит энергопотребление суперкомпьютеров на 6 порядков. В перспективе это достижение может сделать вычислительные мощности более доступными и дешевыми, а также поможет перейти к следующему поколению суперкомпьютеров.
Российские ученые разработали для логических элементов суперкомпьютера новую микросхему биСКВИД. В микросхеме используется джозефсоновский контакт с ферромагнетиком, причем она выполнена из сверхпроводящего материала, который имеет нулевое электрическое сопротивление. Таким образом, ученым удалось создать базовый элемент ячейки памяти суперкомпьютера. До сих пор именно отсутствие компактной и энергоэффективной сверхпроводниковой памяти ограничивало практическое применение компьютеров на основе сверхпроводящих материалов.
Ранее ученые уже создали аналогичную схему для сверхпроводниковых высоколинейных детекторов магнитного поля и высоколинейных низкошумящих усилителей. Однако биСКВИД отличается тем, что в нём используется джозефсоновский контакт с ферромагнетиком, и схема применяется для обратимых вычислений.
В современных компьютерах процесс вычисления является необратимым, то есть часть информации в процессе вычислений теряется и по полученному результату невозможно восстановить то, что было на входе. Данная потеря информации сопровождается потерей энергии, нагревом вычислительной машины и необходимостью ее охлаждать. Из-за этого высокое энергопотребление современных суперкомпьютеров является сложной проблемой. По расчетам учёных, дальнейшее увеличение производительности суперкомпьютеров нынешними темпами заставит использовать для питания суперкомпьютеров следующего поколения атомные реакторы.
Решить эту проблему может использование обратимых логических операций, которые проходят без потери информации, а также применение сверхпроводящих материалов. Учёные США и Японии экспериментально доказали, что энергопотребление сверхпроводниковых обратимых схем может быть на 6 порядков ниже энергопотребления существующих полупроводниковых аналогов, в то время как энергопотребление существующей цифровой сверхпроводниковой электроники ниже только на 3 порядка.
Чтобы добиться радикального уменьшения энергопотребления, 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.
Новая сверхпроводниковая обратимая схема для логических элементов суперкомпьютера биСКВИД. J1, J2 – джозефсоновские контакты, J3 (голубым цветом) – джозефсоновский контакт с ферромагнетиком
Разработанное российскими учеными устройство называется биСКВИД (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.
Использование ферромагнетиков в сверхпроводниковых обратимых схемах позволяет значительно упростить их конструкцию, уменьшить размер и обеспечить адиабатическое протекание процесса обработки информации.
В настоящее время российские ученые планируют проверить работоспособность биСКВИД экспериментально. При наличии финансирования, лабораторные испытания могут пройти уже в этом году.
