V rámci řešení stále rostoucí potřeby větší výpočetní síly vyvinuli vědci z Yokohamské národní univerzity v Japonsku úspěšně 4bitový prototyp mikroprocesoru AQFP s názvem MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Tento nový mikroprocesor byl vyvinut s využitím supravodičů, které jsou přibližně 80krát energeticky účinnější než ty, které se nacházejí v mikroprocesorech dostupných vysoce výkonných výpočetních systémů.
Nový procesor je vyroben pomocí niob / hliník Josephson Junctions a pracuje na 4,2 tis. Využívá energeticky účinnou supravodičovou digitální elektronickou strukturu zvanou adiabatický kvantový tok-parametron (AQFP) jako stavební kámen pro vysoce výkonné mikroprocesory s nízkým výkonem a další výpočetní hardware pro příští generaci datových center a komunikační sítě.
Jak uvedl docent na Yokohamské národní univerzitě a hlavní autor studie Christopher Ayala: „Infrastruktura digitální komunikace, která podporuje informační věk, v němž dnes žijeme, v současné době využívá přibližně 10% celosvětové elektřiny. Studie naznačují, že v nejhorším scénáři, pokud nedojde k zásadní změně základní technologie našich komunikačních infrastruktur, jako je výpočetní hardware ve velkých datových centrech nebo elektronika, která řídí komunikační sítě, můžeme vidět nárůst spotřeby elektřiny přes 50% celosvětové elektřiny do roku 2030. “
AQFP je schopen všech aspektů výpočtu viz. zpracování a ukládání dat. Kromě toho může část mikroprocesoru pro zpracování dat pracovat až do frekvence 2,5 GHz, což je ideální pro dnešní výpočetní technologie. To se navíc může zvýšit na 5–10 GHz díky dalším vylepšením metodiky návrhu a experimentálního nastavení provedeného týmem.
Jelikož jde o supravodivé elektronické zařízení, potřebuje AQFP další energii k ochlazení čipů z pokojové teploty na 4,2 Kelvina, aby AQFP mohly přejít do supravodivého stavu. I přes režijní náklady na chlazení je AQFP stále asi 80krát energeticky účinnější ve srovnání s nejmodernějšími polovodičovými elektronickými zařízeními, které se dnes nacházejí ve vysoce výkonných počítačových čipech.
Tým plánuje provést vylepšení technologie, včetně vývoje kompaktnějších zařízení AQFP, zvýšení provozní rychlosti a ještě většího zvýšení energetické účinnosti prostřednictvím reverzibilního výpočtu. Existují také plány na škálování konstrukčního přístupu tak, aby se do jednoho čipu vešlo co nejvíce zařízení a aby všechny fungovaly spolehlivě při vysokých taktovacích frekvencích. Tým navíc prozkoumá, jak by AQFP mohly pomáhat v jiných výpočetních aplikacích, jako je neuromorfní výpočetní hardware pro umělou inteligenci, stejně jako aplikace kvantového výpočtu.
Studie byla publikována v IEEE Journal of Solid-State Circuits, kde můžete získat více podrobností o mikroprocesoru AQFP MANA.