Supergeleidende Niobium-chip verbreekt de normen voor energieverbruik van silicium

Als het gaat om energie-efficiëntie, verbruiken de computers van vandaag zo'n acht orden van grootte meer dan het theoretische minimum. Het is duidelijk dat er ruimte is voor verbetering.

Vandaag onthullen Quentin Herr en vrienden van Northrop Grumman Systems in Baltimore een supergeleidend logisch apparaat dat 300 keer minder stroom verbruikt dan conventionele siliciumchips. Dat zal een schok zijn voor chipfabrikanten wiens pogingen om de energie-efficiëntie te verbeteren in vergelijking verbleken.

De wetten van de fysica helpen natuurlijk. Het vermogen dat door een conventionele transistor wordt gedissipeerd, hangt af van de grootte en het materiaal waaruit het is gemaakt.

Ter vergelijking: de energie die wordt gedissipeerd door het supergeleidende equivalent, de Josephson-junctie, wordt alleen bepaald door thermische ruis, aangezien het systeem volledig vrij is van de lastige weerstand die energie opslokt in conventionele apparaten.

Om dit te benutten, ontwikkelden en bouwden Herr en co een nieuw type apparaat dat bekend staat als een wederzijdse kwantumlogica-chip. Hun supergeleidende chip is gemaakt van niobium, werkt op 4,2 kelvin en bestaat uit 1600 Josephson-juncties.

Ze zeggen dat het kan werken met kloksnelheden van 6 Ghz met een 6 mW voeding, dat hogere snelheden mogelijk zijn en dat deze prestatie kan worden opgeschaald naar chips met een miljoen knooppunten. En het doet het met een bitfoutpercentage van minder dan 10^-40. Dat is praktisch niets.

Maar de kaakdruppel is het stroomverbruik dat slechts drie ordes van grootte boven de theoretische limiet ligt.

Dat is natuurlijk niet het stroomverbruik van de stekker, aangezien er rekening moet worden gehouden met de hoge kosten van koeling. Maar zelfs als dat zo is, zeggen de heer en co, dat het nieuwe apparaat het siliciumverbruik met een factor 300 overtreft. Dat maakt supergeleidende logica een verleidelijke optie voor high-end computing, waarvoor de energierekening een aanzienlijke kostenpost is. In 2007 heeft de US Environmental Protection Agency berekend dat servers en datacenters in de VS zo'n 12 GW aan stroom verbruiken, wat overeenkomt met de output van 25 energiecentrales. Door dat met een factor 300 te verminderen, zou een paar dollars worden bespaard. Niobium biedt ook een interessante extra. Het is van nature stralingshard, wat betekent dat deze chips bijzonder geschikt kunnen zijn voor gebruik in de ruimte of andere zeer radioactieve omgevingen. Dat is het soort dingen dat kan helpen om militaire financiering te genereren. Het werk van Herr en co werd inderdaad gedeeltelijk gefinancierd door de Defense MicroElectronics Activity, een militaire onderzoeksorganisatie gevestigd in Sacramento. Interessant is dat het apparaat ook gemakkelijk kan worden omgezet om te werken in het kwantumcomputingregime, simpelweg door het af te koelen tot een paar milllikevin. Dat zou het een nuttige opstap kunnen maken naar kwantumtechnologieën. Dat deze technologie uit Northrop is gekomen, is een verrassing. Dit is een bedrijf dat de Global Hawk UAV en de B-2 bommenwerper samen met vele andere militaire technologieën maakt. Het werk van Herr maakt hem echter plotseling een speler in de wereld van de volgende generatie computers. Het zal interessant zijn om te zien waar dit heen gaat. Ref: arxiv.org/abs/1103.4269 : Ultra-Low-Power Superconductor Logic U kunt nu The Physics arXiv Blog volgen op Twitter zich verstoppen