Para lidar com a necessidade cada vez maior de mais poder computacional, pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama, no Japão, desenvolveram com sucesso um protótipo de microprocessador AQFP de 4 bits chamado MANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Este novo microprocessador é desenvolvido usando supercondutores que são cerca de 80 vezes mais eficientes em termos de energia do que os encontrados em microprocessadores de sistemas de computação de alto desempenho disponíveis.
O novo processador é feito com junções Josephson de nióbio / alumínio e opera a 4,2K. Ele usa uma estrutura eletrônica digital supercondutora com eficiência energética, chamada de parametron de fluxo quântico adiabático (AQFP), como um bloco de construção para microprocessadores de ultra-baixa potência e alto desempenho e outro hardware de computação para a próxima geração de data centers e redes de comunicação.
Conforme colocado pelo professor associado da Universidade Nacional de Yokohama e autor principal do estudo, Christopher Ayala, “A infraestrutura de comunicação digital que dá suporte à Era da Informação em que vivemos hoje usa aproximadamente 10% da eletricidade global. Estudos sugerem que, na pior das hipóteses, se não houver uma mudança fundamental na tecnologia subjacente de nossas infraestruturas de comunicação, como o hardware de computação em grandes centros de dados ou a eletrônica que aciona as redes de comunicação, podemos ver seu consumo de eletricidade aumentar 50% da eletricidade global até 2030. ”
O AQFP é capaz de todos os aspectos da computação viz. processamento e armazenamento de dados. Além disso, a parte de processamento de dados do microprocessador pode operar até uma frequência de clock de 2,5 GHz, que é ideal para as tecnologias de computação atuais. Além disso, pode aumentar para 5-10 GHz com mais melhorias na metodologia de design e configuração experimental pela equipe.
Sendo um dispositivo eletrônico supercondutor, o AQFP precisa de energia adicional para resfriar os chips da temperatura ambiente até 4,2 Kelvin para permitir que os AQFPs entrem no estado supercondutor. Apesar da sobrecarga de resfriamento, o AQFP ainda é cerca de 80 vezes mais eficiente em termos de energia quando comparado aos dispositivos eletrônicos semicondutores de última geração encontrados em chips de computador de alto desempenho disponíveis atualmente.
A equipe planeja fazer melhorias na tecnologia, incluindo o desenvolvimento de dispositivos AQFP mais compactos, aumentando a velocidade de operação e aumentando a eficiência energética ainda mais por meio de computação reversível. Além disso, existem planos para dimensionar a abordagem de design para caber o máximo de dispositivos possível em um único chip e operar todos eles de forma confiável em altas frequências de clock. Além disso, a equipe examinará como os AQFPs podem auxiliar em outros aplicativos de computação, como hardware de computação neuromórfica para inteligência artificial, bem como aplicativos de computação quântica.
O estudo foi publicado no IEEE Journal of Solid-State Circuits, onde você pode obter mais detalhes sobre o microprocessador AQFP MANA.