【ハードウェア】従来のCPUと比べて80倍高効率な超電導マイクロプロセッサを開発（横国大）

従来のCPUと比べて80倍高効率な超電導マイクロプロセッサを日本の研究グループが開発

CPUやGPUといったマイクロプロセッサの性能は年々向上していますが、同時に消費電力も増加する傾向にあります。世界中のデータセンターが消費する電力の合計は、2020年には世界の電力の2％に達しており、2030年までに8％を占めるまで増加すると予測されているため、マイクロプロセッサの省電力化は大きな課題となっています。
そんな中、日本の研究チームが、従来のCPUの80倍の電力効率で動作する超電導マイクロプロセッサの開発に成功しました。

Superconducting Microprocessors? Turns Out They’re Ultra-Efficient - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/new-superconductor-microprocessor-yields-a-substantial-boost-in-efficiency

MANA: A Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture Microprocessor Using 1.4-zJ/op Unshunted Superconductor Josephson Junction Devices
(PDFファイル)https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9295318

横浜国立大学の研究グループは、特定の金属を非常に低い温度まで冷却すると抵抗がゼロになる超伝導を利用することで、微小なエネルギーで動作可能な低消費エネルギー論理回路「断熱磁束量子パラメトロン(AQFP)回路」を用いて超電導マイクロプロセッサの設計に取り組みました。
その結果、AQFP回路を一万基以上搭載した超電導マイクロプロセッサ「Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture(MANA)」の開発に成功したと発表しています。

（以下略、続きはソースでご確認下さい）

Gigazine 2021年01月14日 16時00分00秒
https://gigazine.net/amp/20210114-superconductor-microprocessor

特定の金属を非常に低い温度まで冷却すると抵抗がゼロになる超伝導を利用することで、

なにがしたいんだ？理科の実験？(# ﾟДﾟ)

MANAマイクロプロセッサは液体ヘリウムレベルの温度を必要とするため、
極低温冷却システムを使用できるデータセンターやスーパーコンピュータなどの
大規模なコンピューティングインフラストラクチャに適しています。
https://spectrum.ieee.org/image/Mzc1MDY3Mg.jpeg
（冷却システムの一部らしい）

・・・・・どうなんだろうねこういうの。
室温程度で使用できる超伝導素材とかいつになるの？

マイナス269度は絶対温度4ケルビン。
常温摂氏20度は絶対温度293ケルビン。
その絶対温度の比は293/4＝約73倍。

さて、理想的な熱機関でもって低温側（4ケルビン）で発生する熱をくみ上げて
高温側（293ケルビン）に棄てると、その熱効率は73倍。
つまり，低温側で1ジュールの熱量が発生していたら、それを排熱すると、
高温側では73倍の熱量になってしまう。また配線などを通じて外部から
熱が入り込むのをくみ出して棄てるのもこの大きな倍率で努力が要る。
だから、魔法瓶のようなガラスの内側を銀メッキしたような多層の容器に
入れて、周囲を（比較的安価な）液体窒素で冷やし、その内側に液体ヘリウムを
入れて、。。。とするも、超伝導ではない部分の配線などから電気抵抗で熱が
出る。むしろマイクロ波で通信をした方が良いかもしれないが、銀メッキが
それを阻む。そうなると光ファイバーだが、超低温で動作するLEDとかあるの
かね？

＞超伝導を利用することで

冷却に電力使ってるからトータルで省電力になってねーんじゃねーの？

＞従来のCPU

横国の研究室で使ってる5年前のノートPCってオチじゃないよね

>>1
CPUだけ液体ヘリウムに冷やすと
線長が長くなって、システム全体の高速化が難しい
https://spectrum.ieee.org/image/Mzc1MDY3Mg.jpeg

Superconductor Josephson Junction Device で
メモリー、システムバス、I/O を作って全体が液体ヘリウムに浸かれるように頑張って欲しい

それにしても、産業総合研究所でもなく、富士通やNECや日立でもなく、
理研でも東大でもなくて、いかに国立大学だとはいえども
なぜ横浜国立大学などにこのようなことができてしまうのだろうか？

極低温で動作するジョセフソン計算機はかつてIBMも長年やっていたが、
CMOSの性能向上のトレンドを見て、放棄した。日本の通産省はその後も
しばらくやっていたが、最近はもうやめたのかなと思っていたが、その
あたりの事情はどうだったのだろうか？