Новые физические подходы к решению задачи масштабирования элементной базы цифровой сверхпроводниковой электроники
14 января 2022 года
07:18
Новые физические подходы к решению задачи масштабирования элементной базы цифровой сверхпроводниковой электроники
Текст новости:
Актуальность и степень разработанности темы исследования Одним из ключевых факторов технологического прогресса является развитие полупроводниковой электроники. Количество транзисторов, которые могут быть размещены на чипе, вдвое увеличивается с каждым годом [1–3]. Данная тенденция была обнаружена одним из основателей компании Intel — Гордоном Муром. Рост числа транзисторов связан с развитием технологии производства: уменьшается размер транзисторов, который уже практически приблизился к атомному масштабу. Не смотря на то, что способ улучшения производительности схем, связанный с пространственным масштабированием, себя исчерпывает, развитие полупроводниковой электроники на этом не останавливается. Активно разрабатываются новые подходы: 3D интеграция, новые материалы и.т.п; и параллельно прорабатываются новые технологии для обработки, хранения, передачи информации. Однако, как сейчас видно, есть задачи для которых стандартная полупроводниковая электроника плохо пригодна: например, квантовые вычисления и квантовые коммуникации, для которых активно развиваются сверхпроводниковая и оптическая технологии, соответственно. “Классическая” сверхпроводниковая электроника также развивается в тех областях, где нужны высокие энергоэффективность и быстродействие. Начиная с 1990-х годов, в области цифровой сверхпроводниковой электроники доминирует быстрая одноквантовая логика (БОК — RSFQ: Rapid Single-Flux-Quantum logic), в которой физическим представлением информации логического «0» или «1» является отсутствие или наличие кванта магнитного потока в сверхпроводящем контуре с джозефсоновскими контактами. На момент создания, основным преимуществом RSFQ логики перед конкурирующими технологиями являлась высокая тактовая частота [4]. Спустя всего несколько лет после первых реализаций RSFQ схем была экспериментально продемонстрирована рекордно высокая частота работы цифрового делителя на базе логического элемента Т-флип-флоп – 750 ГГц [5], которая остается практически в 8 раз большей максимальной частоты (около 100 ГГц) работы современного полупроводникового аналога. Другим преимуществом сверхпроводниковой электроники является низкое энергопотребление. В настоящий момент в схемах сверхпроводниковой электроники с высокой энергоэффективностью [6–8] была достигнута энергия переключения 𝐸 𝑏𝑖𝑡 ≤ 1 аДж (в современных полупроводниковых схемах энергия переключения на 3 порядка больше). В работах [9, 10] была продемонстрирована работа 8-ми битного сумматора на основе RQL (Reciprocal-Quantum-Logic) и ERSFQ (energy-efficient Rapid Single-Flux-Quantum) логик с энергопотреблением соответственно 82 и 360 аДж на такт. Реализация 8-битного сумматора на адиабатических сверхпроводниковых цепях, на тактовой частоте 5 ГГц, показала уровень энерговыделения всего 12 аДж на такт [11]. Кроме того, использование определенных адиабатических алгоритмов позволяет достигнуть преимущества энергопотребления на 7 порядков (с учетом затрат энергии на охлаждение) по сравнению с полупроводниковыми аналогами [12]. Такой низкий уровень энергопотребления говорит о прорыве в этой области, 3


Текст со страницы (автоматическое получение):
ПРИЕМНАЯ
ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ
при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации
Высшая аттестационная комиссия при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации создана в целях обеспечения государственной научной аттестации
ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ
Автоматическая система мониторинга и отбора информации
Источник
Другие материалы рубрики
★★★★  11 января 2022 года
16:47
Free from damage steel connections
★★★★  10 января 2022 года
14:06
Churn prediction in online gambling
★★★★★  09 января 2022 года
17:59
Tax evasion and social information
★★★★★  07 января 2022 года
10:29
2-D simulation of flow entering a building