“极端”节能逻辑电路的创新工艺

拟议的自动合成框架生成的32位AQFP双向分类器的显微照片。该电路包含7557个约瑟夫森超导结，这是最大的自动设计的系统级AQFP电路。

数据中心正在以惊人的速度处理数据并分配结果，而这种强大的系统需要大量的能量，实际上，如此巨大的能量使信息通信技术预计将占美国总能耗的20％。 2020年。

为了满足这一需求，来自日本和美国的研究人员团队开发了一个框架，以减少能源消耗，同时提高效率。

他们于7月19日在《自然》杂志的《科学报告》中发表了他们的研究结果。

该论文的通讯作者，横滨国立大学高级科学研究所助理教授奥利维亚·陈（Olivia Chen）说：“大量的能源消耗已成为现代社会的一个关键问题。”“迫切需要极其节能的计算技术。”

该研究小组使用了一种称为绝热量子通量抛物线（AQFP）的数字逻辑过程。逻辑背后的想法是直流电应替换为交流电。交流电既充当时钟信号，又充当电源–当电流切换方向时，它会发出信号通知下一个计算阶段。

Chen说，这种逻辑可以利用当前可用的制造工艺来改进传统的通信技术。

Chen说：“但是，缺乏将高级逻辑描述转换为绝热量子通量-Parametron电路网表结构的系统，自动综合框架，” Chen说。“在本文中，我们通过提供自动流程来减轻这一差距。我们还证明，与传统技术相比，AQFP可以将能源使用量减少几个数量级。”

研究人员提出了一个自上而下的计算决策框架，该框架还可以分析其自身的绩效。为此，他们使用了逻辑综合，通过这一过程，他们指导信息通过处理单元内的逻辑门传递。逻辑门可以吸收一些信息，并输出是或否的答案。答案可以触发其他门响应并向前推进该过程，或者完全停止该过程。

在此基础上，研究人员开发了一种计算逻辑，该逻辑对处理以及系统使用和消耗的能量有较高的了解，并将其描述为电路模型中每个门的优化图。因此，Chen和研究团队可以平衡估计通过系统处理所需的功率和系统耗散的能量。

Chen认为，这种方法还可以补偿超导技术所需的冷却能量，并将能耗降低两个数量级。

“这些结果证明了AQFP技术及其在大规模，高性能和高能效计算中的潜力，” Chen说。

最终，研究人员计划开发一个完全自动化的框架，以生成最有效的AQFP电路布局。

Chen说：“就高能效和高性能计算而言，AQFP电路的综合结果非常有前途。”“随着AQFP制造技术的未来发展和成熟，我们预计将有更广泛的应用，包括空间应用和大型计算设施，例如数据中心。”

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其他贡献者包括横滨国立大学的吉川信行，竹内直树，费柯，山木大树和左斋藤。竹内还隶属于日本科学技术厅。其他作者包括东北大学的蔡瑞哲和王彦之。

参考：“绝热量子通量-抛物线：迈向建立极其节能的电路和系统”，作者：Olivia Chen，蔡瑞哲，王彦之，Fei Ke，Taiki Yamae，Ro Saito，Naoki Takeuchi和Yoshikawa Yoshikawa，科学报告，2019年7月19日。
10.1038 / s41598-019-46595-w