Современная тенденция развития полупроводниковых процессоров на базе КМОП
В июне 2016 года был опубликован новый рейтинг суперкомпьютеров Топ5001, который возглавил китайский суперкомпьютер Sunway TaihuLight с тестовой производительностью в 93 Пфлоп/с (~ 1017 операций в секунду). В Sunway TaihuLight используется 10,6 миллионов ядер. Среднее энергопотребление этой машины во время тестов составило 15,3 МВт. Современная тенденция развития полупроводниковых процессоров на базе КМОП (CMOS – complementary metal-oxide-semiconductor) связана с уменьшением размеров логических устройств. Современные КМОП схемы при переключении одного логического устройства затрачивают энергию порядка 106 kBT (kB – постоянная Больцмана, а T - температура). По оценкам при приближении линейных размеров КМОП элементов к суб-5-нм масштабам, выделяемая энергия уменьшится лишь на порядок. Кроме того, на практике, статическое энергопотребление вызвано токами утечки и динамической энергии при перезарядке катушек индуктивности, что только повышает среднее значение выделяемой энергии одной логической ячейки. Переключения подобного элемента между двумя логическими состояниями связаны с преодолением потенциального барьера, величина которого должна быть заметно больше kBT. Это условие отвечает за различимость двух логических состояний. Таким образом, уменьшение физических размеров не сможет бесконечно увеличивать энергоэффективность компьютеров следующих поколений. Приведенные выше цифры говорят о том, что проблема энергоэффективности с сохранением или даже увеличением производительности компьютера, а точнее суперкомпьютера, крайне актуальна и ее решение – важное научное и технологическое достижение. Привлечение к решению обозначенной проблемы исследований в области сверхпроводимости, а именно исследований адиабатической сверхпроводниковой логики, позволит достигнуть необычайно высоких показателей энергоэффективности при выполнении логических операций. Важной особенностью в адиабатической сверхпроводниковой логике является возможность обратимости логических операций. Использование эффектов сверхпроводимости, а точнее сверхпроводниковых структур, также тесно связано с коммуникациями. Будущее развитие систем сотовой и спутниковой связи, радарных систем, зондирования морей, океанов и глубокого космоса связано с обработкой и анализом большого количества данных. Для решения этих задач все чаще используют искусственные нейронные сети (ИНС), возможности которых позволяют эффективно распознавать и классифицировать сигналы и изображения. Совмещение преимуществ ИНС и сверхпроводниковой техники выглядит крайне многообещающим.
Slaidy.com
