美国投资1500万美元用于开发超导芯片-电子工程世界

美国的研究人员获得了 1500 万美元的美国国家科学基金会 (NSF) 奖励，用于开发超导芯片，该芯片的速度应该比当今世界用于计算的硬件要快得多，并且使用的能源要少得多。

南加州大学维特比工程学院的一个团队正在领导这项工作，它的名字是 DISCOVER，这是一个相当有趣的首字母缩略词，代表超越 Exascale 实现的风险投资的超导计算的设计和集成。

顾名思义，科学家们正在寻求使用超导材料作为当今半导体的替代品，以开发新型的超高速和高能效集成电路，以实现可持续和大规模的百亿亿次计算。

创造每秒可提供超过 1 exaflop 或 1 quintillion 浮点运算的超级计算机一直是美国和包括中国在内的国家的一项重要战略目标，因为它们可以显著加快关键研究项目的速度，从药物发展到气候变化模型。

然而，有一个担忧是，今天设计和制造硅处理器的方法将碰壁，并且不再能够充分扩展以提供 exaflop 后的性能，因此需要像超导体研究这样的东西来有望克服这一技术障碍。

NSF 负责计算和信息科学与工程的助理主任 Margaret Martonosi 表示，周五宣布授予 DISCOVER 的 1500 万美元奖金，旨在“支持在后摩尔定律时代为计算系统设想未来材料的努力”。

DISCOVER 的工作需要开发完整的硬件和软件系统，“能够设计、优化和演示新型超导器件、单通量量子逻辑电路以及具有非常高性能和超高能效的超导系统，接近能量的理论极限效率。”

更具体地说，该团队专注于使用基于铌的约瑟夫森结的芯片，该器件由两种超导材料组成，通过非超导材料连接。这些设备只能在 4.2 开尔文（等于 -452 华氏度或 -269 摄氏度）的超低温下运行，并且它们“通过在超导回路中产生或消除持续电流”来存储 0 和 1 的逻辑值。

正如 DISCOVER 所述，这些超导回路的真正巧妙之处在于它们“表现出零电阻，因此不会损失能量”。这是超导芯片对计算能效产生如此惊人影响的一个重要原因。

前路漫漫

对他们来说，未来有大量的工作要做，因此 DISCOVER 正在南加州大学维特比团队和其他几所大学的研究人员之间进行分工，其中包括阿拉巴马州的奥本大学、纽约的康奈尔大学、波士顿的东北大学、西北大学伊利诺伊州、纽约罗切斯特大学和日本横滨国立大学。

USC Viterbi 团队将专注于为广泛的应用开发超导电路和架构，包括通用处理器、神经网络加速器和量子计算机的经典控制系统。

另一方面，其他大学研究人员将与 USC Viterbi 团队合作，实现“低温计算核心超导系统的设计和原型设计”，该系统带有令人难以置信的酷炫 SuperSoCC 首字母缩写词。

SuperSoCC 的工作将涉及新型材料和设备、片上存储器设计以及允许 SuperSoCC 与室温电子设备交互的接口。

DISCOVER 认为，SuperSOCC 的能效比使用硅基 CMOS 晶体管制造的传统芯片至少高 100 倍，同时提供与“最先进的”多核半导体芯片相同水平的性能。另一方面，该团队认为 SuperSoCC 可以在与基于 CMOS 的芯片相同的能量水平下提供至少 100 倍的性能。

值得注意的是，DISCOVER 表示，尽管 SuperSOCC 需要低温冷却的能源成本，但这些主要收益是可能的。

最终，DISCOVER 希望“赋能新一代多样化的工程师和企业家，他们将把超导设备和电路带入高性能计算的主流”。

领导 DISCOVER 的南加州大学教授和绿色计算专家马苏德·佩德拉姆 (Massoud Pedram) 表示：“随着基本的 CMOS 扩展极限近在咫尺，探索新兴颠覆性计算技术的时机已经成熟。”

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