Primeiro
processador supercondutor tem eficiência energética extrema
Parametron
Pesquisadores da Universidade
Nacional de Yokohama, no Japão, desenvolveram um microprocessador usando
componentes supercondutores, que se mostraram cerca de 80 vezes mais eficientes
em termos de energia do que os componentes semicondutores de última geração
usados nos microprocessadores mais modernos.
Não é nenhum segredo que
componentes eletrônicos supercondutores são energeticamente mais eficientes,
mas o balanço geral quase nunca é positivo, uma vez que se gasta muita energia
para resfriar tudo - os supercondutores só funcionam em temperaturas
criogênicas.
Para balancear melhor essa
equação, Christopher Ayala e seus colegas trabalharam com uma estrutura
eletrônica digital supercondutora chamada "parametron de fluxo quântico
adiabático".
O parametron, um elemento de
circuito lógico inventado por Eiichi Goto, em 1954, é essencialmente um
circuito ressonante com um elemento reativo não-linear que oscila na metade da
frequência de acionamento - essa oscilação pode representar um dígito binário
pela escolha entre duas fases, deslocadas em 180 graus uma da outra. Os
parametrons foram usados nos primeiros computadores japoneses, mas foram
abandonados com o desenvolvimento do transístor.
Já um parametron de fluxo
quântico é uma implementação do circuito usando junções Josephson, um arranjo
no qual uma corrente elétrica flui indefinidamente - uma supercorrente - sem a
necessidade da aplicação de uma tensão. O termo adiabático refere-se ao fato de
que o circuito não troca calor com seu entorno.
Processador supercondutor
Ayala então usou essas junções
Josephson supercondutoras para criar circuitos parametron, que por sua vez
serviram como blocos de construção para um microprocessador de alto desempenho
e que roda com um gasto mínimo de energia.
"Queríamos provar que o AQFP
[parametron de fluxo quântico adiabático] é capaz de realizar computação de
alta velocidade com eficiência energética e fizemos isso desenvolvendo e
demonstrando com sucesso um microprocessador AQFP protótipo de 4 bits chamado
MANA (Arquitetura Integrada Monolítica Adiabática), o primeiro microprocessador
supercondutor adiabático do mundo," disse Ayala.
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| Ao contrário do que é comum em demonstrações tipo "primeiro do mundo", o processador é versátil, lidando com processamento e memória sem problemas. |
"Também mostramos em um chip separado que a parte de
processamento de dados do microprocessador pode operar até uma frequência de
clock de 2,5 GHz, o que o torna comparável às tecnologias de computação atuais.
Esperamos inclusive um aumento para 5 a 10 GHz à medida que fazemos melhorias
em nossa metodologia de projeto e configuração experimental," acrescentou
Ayala.
Computações neuromórfica e quântica
E o protótipo também não deixou dúvidas quanto à sua
eficiência energética geral, quando se leva em conta a energia necessária para
manter o circuito supercondutor resfriado a temperaturas bem perto do zero
absoluto.
"O AQFP é um dispositivo eletrônico supercondutor, o que
significa que precisamos de energia adicional para resfriar nossos chips da
temperatura ambiente até 4,2 Kelvin [-268,95 ºC] para permitir que os AQFPs
entrem no estado supercondutor. Mas, mesmo levando em consideração esse
adicional 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," anunciou Ayala.
Agora que a equipe provou o conceito dessa arquitetura de
processador supercondutor, eles planejam otimizar o chip e determinar sua
escalabilidade e a velocidade de processamento que pode ser alcançada com ele.
E, além de construir microprocessadores, a equipe está
interessada em examinar como os AQFPs podem ajudar em outras plataformas de
computação, como na computação
neuromórfica para inteligência artificial e na computação
quântica.
Noticia: Inovação Tecnologica
