在俄罗斯,开发了一种超导体超级计算机芯片

在俄罗斯,开发了一种超导体超级计算机芯片


BISKVID可以降低6订单上超级计算机的功耗!



INP和莫斯科国立大学物理系的科学家们已经开发出一种新的超SQUID芯片,用于超级计算机的逻辑元件,其电阻为零。 本发明可能会降低6订单上超级计算机的功耗!

早些时候,他们为超导高线性磁场探测器和高线性低噪声放大器创建了一个同名芯片。

“BISQUID本身是我们早先与物理学院教授Viktor Kornev一起提出的,用于模拟超导电子设备。 商店新闻 现在使用了约瑟夫森与铁磁体的接触,并且该方案用于可逆计算,“INP MSU高级研究员Igor Solovyev说。


用于BISQUID超级计算机逻辑元件的新型超导可逆电路。 J1,J2 - 约瑟夫森联系人,J3(蓝色) - 约瑟夫森与铁磁体接触


名称“BSCVID”来自缩写“SQUID”(来自英国SQUID - 超导量子干涉装置) - 一种对磁场具有独特灵敏度的超导量子干涉装置。 标题中的前缀“bi”反映了一个方案中两个SQUID的功能的统一。

众所周知,现代超级计算机的高功耗是其进一步发展的难题。 根据科学家的估计,以与今天相同的速度进一步提高生产率将导致下一代超级计算机的运行需要核电站的个人单元。

“能源消耗取决于许多因素,包括逻辑运算的实施原则和用于制造微芯片的材料的选择,”莫斯科国立大学物理系副教授Nikolai Klenov评论了这一情况。

所有现代计算机(个人计算机和超级计算机)中发生的过程都是不可逆转的。 这意味着计算过程中的一些信息丢失了,也就是说,根据获得的结果,我们无法恢复输入的内容。 这种信息丢失伴随着能量损失和计算机温度的升高,这在RN Landauer的1961中有所体现。 使用具有电阻的半导体材料也导致计算伴随着计算机的能量损失和加热。 为了使计算机工作,不仅需要补偿能量损失,还需要将芯片冷却到工作温度。 摆脱这种情况的自然方法可以是使用在不丢失信息的情况下发生的可逆逻辑操作,以及使用电阻为零的超导材料来创建计算机芯片。

顺便提一下,最近,美国和日本科学家通过实验证明,可逆超导电路的功耗可能比现有半导体模拟器的功耗低6数量级,而现有数字超导电子电路的功耗仅低于3阶。 但是,由他们研究的超导电路由于现代纳米技术的标准而相当麻烦,这阻碍了在他们的基础上创建超级计算机。

为了解决纳米结构SINP,通过米克哈尔·库普里亚诺威为首的物理实验室工作人员的问题,与来自莫斯科国立大学物理学院从事创作的新超导可逆电路同事在一起。 他们最近开发了超级计算机存储单元的基本元件,即所谓的铁磁材料约瑟夫森结。 本发明使得可以依赖于紧凑和节能的超导存储器的创建,其缺乏对现有数字超导技术的实际应用的重大障碍。 然而,该技术中使用的逻辑操作是不可逆的,因此,电路的能量效率低。

为了大幅度降低能耗,这一次,INP和莫斯科国立大学物理系的科学家们为超级计算机的逻辑元素提出了一种新的超导可逆方案。 它由三个约瑟夫森触点组成,其中一个是先前提出的与铁磁体的接触。



“在超导可逆电路可以大大简化它们的设计使用铁磁材料,减小尺寸,并且提供一种绝热过程流信息处理 - 评论发明高级研究员SINP伊戈尔索洛维约夫。 - 根据在现代计算机和我们提出的方案中的能量强度的程度可以与山区河流众多急流的快速流动,并进行比较的安静,几乎察觉不到平均在平原上的宽,深的河“

科学家们仍然可以通过实验测试他们的发明。 在资金方面,实验室测试可能已在今年进行。


查看具有约瑟夫森结与铁磁体的新可逆双SQUID方案的潜在分布的恒定分量。 铁磁体的使用确保了信息传递过程中系统的等势进化轨迹的存在(用灰色箭头表示),最大限度地减少了能量的释放。



顶部从左到右依次为:亚历克斯Zotovich谢尔盖兹亚诺夫,梅德爆梅德沃洛申康斯坦丁Klopovsky亚历山大Palov,尤里Mankelevich康斯坦丁Kurchik亚历山大Chukalovsky底部从左到右依次为:奥尔加Proshina,亚历山大·科瓦廖夫,塔季扬娜拉希莫夫亚历山大拉希莫夫,安娜Vasilyeva


该组织在A.T.Rakhimov的领导下,研究了等离子体与具有超低介电常数的现代电子材料的相互作用。 详情 - 在接受INP微电子学系主要研究员,MSU,物理和数学科学候选人Dmitry Lopaev的采访中。

- 德米特里·维克托罗维奇,告诉我们你们在A.T.拉希莫夫领导的小组中所做的工作。

- 元素10-22纳米之间的距离(半间距) - 我们与新材料的纳米多孔低介电常数(低k膜),即允许与元件的高堆积密度的在新的芯片的信号传播工作。 距离越小,在一平方厘米上可以制造的元素越多。 我们现在谈论的是每平方厘米1000亿件物品。 这些是处理器,这是内存。 实际上,当你在一只手掌上拥有巨大的计算能力时,这些就是这样的东西。

- 多孔材料怎么样?

- 孔隙率高达50%。 这就像奶酪有很多彼此靠近的洞。 典型纳米孔的尺寸是从2到4纳米,也就是说,它实际上是几层原子。 这种多孔材料非常轻,比碳CFRP轻,但它也具有非常高的强度。 比石英强两倍。 它类似绒毛或雪,但你会清除雪,但事实并非如此。 它很耐用,因为它受到约束。 按下这种材料。

- 密度是多少?

- 现代低k电介质的密度大约为每立方厘米一克。

- 这些材料是什么,谁生产它们?

- 所有材料均由外国合作伙伴提供。 在俄罗斯没有这样的材料,因为没有生产。

它是由硅,氧,碳和氢组成的有机硅酸盐材料。 这就是为什么要调用SiOCH材料的原因。 这是最有希望的材料。

- 你的贡献是什么?

- 我们六年多前就开始工作了。 第二个是这些材料的生成,其任务是实施22技术纳米,现在用于英特尔的最新一代处理器。 它也是固态硬盘,比如手机大小的TB级硬盘。

我们对技术的贡献是我们获得了在生产过程条件下这些材料如何在等离子体中降解的知识。 这就是蚀刻过程中如何发生降解机制。 了解这一点,您可以建议避免退化的方法。

- 你从退化中获得了什么知识?

- 事实是材料非常多孔。 如果即使少量的水进入毛孔,材料也会像海绵一样吞下它,就是这样,介电材料就无法工作了。 毕竟,水具有非常高的极化率,因此,将具有高介电常数。 因此,材料必须是疏水的。

使用覆盖孔的整个内表面的CH3-甲基实现疏水性。 但是,不幸的是,Si-CH3基团非常容易与活性颗粒 - 离子,自由基,光子 - 在此过程中从等离子体落入膜中的化学反应。 以下是任务:了解在等离子体作用下Si-CH3组发生了什么; 以及如何确保它们不被移除,因为一旦CH3组被移除,水就会渗透到孔隙中,并且材料可以在其降解时被丢弃。

- 怎么样?

- 根据原则,如“高加索俘虏”:扰乱我们的人将帮助我们。 这个原则被用于我们的科学工作;结果证明是非常重要的。

- 这怎么可能,告诉?

- 事实证明,相同的硬光子,但来自不同的等离子体,来自强烈吸收的贵氦等离子体,它们不仅改变了表面,而且改变了SiO2材料的内部结构。 并且顶层材料被压缩。 如果仍然轰击离子,破坏键,形成致密的外壳,但非常薄,只有几纳米厚。 事实证明,我们正在密封材料 - 并且没有退化,因为没有任何东西已经渗透到那里。 我们展示了这一点,技术人员在生产中掌握了它。

但是,不幸的是,为了避免硬辐射渗透到胶片中是不可能的。 他们试图从上面覆盖,层层叠叠,薄薄的外壳,但它太薄,辐射仍然渗透,甚至在这个地壳下也会发生降解。 所以我们进入了低温过程。 这是当你在低温温度下冻结 - 减去100 - 毛孔中的一些产品并冷静地制造结构。 通过这种方式,你不会让激进分子或其他任何东西渗入那里,从而导致缺陷。 在那之后,你通过加热材料升华,从这些毛孔中移除产品,结果证明你制造了结构,但没有破坏相邻的部分。

- 在技术过程中观察到哪些其他物质降解?

- 我们需要蚀刻处理器中连接层的架构。 但那些有毒的自由基,通常发生在碳氟化合物等离子体中,会导致降解:它们会去除甲基,渗透到毛孔中。 你正在制作一个结构,你已经蚀刻了所有东西,而且附近的一切都已经被破坏了。

- 在这种情况下该怎么办?

- 有几种方法。 现在,我们直接参与了解腐蚀机理本身如何与氟原子一起发生的降解。 已经有了解。 这对大学有很多不同的设备很有帮助。

- 有什么诊断?

- 我们必须做很多复杂的诊断:FTIR,RBS,XRF,XPS。 这里XPS是在辐射的帮助下研究表面,当你用硬光子敲击下壳的电子时,上壳的过渡表征了材料的结构。 而且,分析能量,你可以理解,因为你感觉到化学位移,它的能量取决于元素和化学键合。 通过分析这些光谱,可以最精确地理解原子如何在表面上结合。 我想说,为了只进行一次具有纳米灵敏度的光谱椭偏仪,需要进行非常复杂的诊断。 在旁边的某个地方做这件事非常昂贵。 每个诊断都是数千美元。

密歇根州立大学是世界上为数不多的能够承担这种复杂研究和制作数百个样本的奢侈品的组织之一。 我们进行高级研究,因为我们对现代等离子体的研究有很多了解。

但是,我们仍然没有进入发展,即具体事物的发展,它对我们是封闭的,因为这种技术不是俄罗斯。 您需要创建自己的开发中心。 否则我们不会发展自己的任何东西。

知识产权仍归我们所有。 如果我们突然想要介绍某种技术,突然它会与我们共同发展,我们可以在没有任何许可证的情况下应用我们所做的工作。

我们是俄罗斯为数不多的研究纳米多孔材料的人之一。 我们现在是一个小碎片。 俄罗斯需要一个中心。 在这样一个中心,像我们这样的团体应该有很多不同的方向,但对于他们来说应该有一个洁净室的立方体,在设计师中,我可以将不同的技术组合在一起。 不是管理者收集和技术,恰恰是当有各种设备,不同的技术线。 我可以从一些西方公司租房,所以我们需要非营利协议。 然后就可以发展,你所做的一切都是你的。 我们必须拥有自己的电子产品。
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