Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

В России создали суперкомпьютерную микросхему нового поколения

Аватар пользователя Xexen

По заявлению ученых из Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына и физического факультета Московского государственного университета , им удалось разработать сверхпроводящий логический элемент, который уменьшит энергопотребление суперкомпьютеров на 6 порядков. В перспективе это достижение может сделать вычислительные мощности более доступными и дешевыми, а также поможет перейти к следующему поколению суперкомпьютеров.

Российские ученые разработали для логических элементов суперкомпьютера новую микросхему биСКВИД. В микросхеме используется джозефсоновский контакт с ферромагнетиком, причем она выполнена из сверхпроводящего материала, который имеет нулевое электрическое сопротивление. Таким образом, ученым удалось создать базовый элемент ячейки памяти суперкомпьютера. До сих пор именно отсутствие компактной и энергоэффективной сверхпроводниковой памяти ограничивало практическое применение компьютеров на основе сверхпроводящих материалов.

Ранее ученые уже создали аналогичную схему для сверхпроводниковых высоколинейных детекторов магнитного поля и высоколинейных низкошумящих усилителей. Однако биСКВИД отличается тем, что в нём используется джозефсоновский контакт с ферромагнетиком, и схема применяется для обратимых вычислений.

В современных компьютерах процесс вычисления является необратимым, то есть часть информации в процессе вычислений теряется и по полученному результату невозможно восстановить то, что было на входе. Данная потеря информации сопровождается потерей энергии, нагревом вычислительной машины и необходимостью ее охлаждать. Из-за этого высокое энергопотребление современных суперкомпьютеров является сложной проблемой. По расчетам учёных, дальнейшее увеличение производительности суперкомпьютеров нынешними темпами заставит использовать для питания суперкомпьютеров следующего поколения атомные реакторы.

Решить эту проблему может использование обратимых логических операций, которые проходят без потери информации, а также применение сверхпроводящих материалов. Учёные США и Японии экспериментально доказали, что энергопотребление сверхпроводниковых обратимых схем может быть на 6 порядков ниже энергопотребления существующих полупроводниковых аналогов, в то время как энергопотребление существующей цифровой сверхпроводниковой электроники ниже только на 3 порядка.

Чтобы добиться радикального уменьшения энергопотребления, учёные НИИЯФ и физического факультета МГУ предложили новую сверхпроводниковую обратимую схему для логических элементов суперкомпьютера. В её состав входят три джозефсоновских контакта, один из них - ранее предложенный контакт с ферромагнетиком.


Новая сверхпроводниковая обратимая схема для логических элементов суперкомпьютера биСКВИД. J1, J2 – джозефсоновские контакты, J3 (голубым цветом) – джозефсоновский контакт с ферромагнетиком

Разработанное российскими учеными устройство называется биСКВИД (от английского SQUID - Superconducting Quantum Interference Device) – сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство, обладающее уникальной чувствительностью к магнитному полю. Приставка «би» в названии отражает объединение функций двух СКВИДов в одной схеме.

Использование ферромагнетиков в сверхпроводниковых обратимых схемах позволяет значительно упростить их конструкцию, уменьшить размер и обеспечить адиабатическое протекание процесса обработки информации.

В настоящее время российские ученые планируют проверить работоспособность биСКВИД экспериментально. При наличии финансирования, лабораторные испытания могут пройти уже в этом году.

Источник

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя SergeyVBNM
SergeyVBNM(5 лет 5 месяцев)(10:02:08 / 03-04-2014)

дело ясное что дело тёмное.

Сократить энергопотребление в 1 000 000 раз это сильно конечно, но чую, что-то здесь не так

Комментарий администрации:  
*** В бюджете нет денег, приватизация даст немного денег за хорошие активы ***
Аватар пользователя joho
joho(4 года 1 месяц)(10:29:09 / 03-04-2014)

1-е апреля, не? Технология БИСКВИТ?

очередной корчеватель

Аватар пользователя SergeyVBNM
SergeyVBNM(5 лет 5 месяцев)(10:33:45 / 03-04-2014)

а, ну да, первоисточник разместил её 1 апреля...

Комментарий администрации:  
*** В бюджете нет денег, приватизация даст немного денег за хорошие активы ***
Аватар пользователя Xexen
Xexen(3 года 11 месяцев)(10:47:15 / 03-04-2014)
Комментарий администрации:  
*** Мистер "Сомнительная Копипаста" ***
Аватар пользователя SergeyVBNM
SergeyVBNM(5 лет 5 месяцев)(11:00:02 / 03-04-2014)

ок, вроде реально

Комментарий администрации:  
*** В бюджете нет денег, приватизация даст немного денег за хорошие активы ***
Аватар пользователя grand1987
grand1987(5 лет 3 недели)(11:29:00 / 03-04-2014)

.. ничего странного. Многие лаборатории занимаются этим вопросом. Дело тут в другов: все эти результаты получены в нехилых морозильниках, так как нету пока сверхпроводников работающих при комнатной температуре. Когда появятся такой материал, то это само по сибе станет революцией.

Аватар пользователя SergeyVBNM
SergeyVBNM(5 лет 5 месяцев)(11:38:24 / 03-04-2014)

>Когда появятся такой материал, то это само по сибе станет революцией.

Значит, дело за физиками, как обычно

Комментарий администрации:  
*** В бюджете нет денег, приватизация даст немного денег за хорошие активы ***
Аватар пользователя kot-obormot
kot-obormot(4 года 4 месяца)(12:07:49 / 03-04-2014)

Организовать морозильник - задача гораздо менее энергозатратная, чем запитывать суперкомпьютер от атомного реактора. При экономии энергии в несколько порядков - есть смысл заморочиться.

Аватар пользователя grand1987
grand1987(5 лет 3 недели)(21:46:16 / 03-04-2014)

При экономии энергии в несколько порядков - есть смысл заморочиться

.. так вся экономия от работы суперкомпьютеров пойдет на поддержку низких температур. Была другая интересная новость по поводу суперкомпьютеров и РосАтома : вроде в реакторах (или что-то подобное) получаются более качественные подложки (из которых изготавливаются интегральные схемы), что приводит к уменьшению потребления и повышению частотных характеристик .. что и требуется для суперЭВМ

Аватар пользователя Stay
Stay(4 года 11 месяцев)(10:03:01 / 03-04-2014)

пугает, что название на английском сделали, сразу готовят потенциальных покупателей изобретения?

Аватар пользователя mr.Iceman
mr.Iceman(5 лет 9 месяцев)(10:23:50 / 03-04-2014)

Бисквит - устроит?

Аватар пользователя Stay
Stay(4 года 11 месяцев)(10:57:43 / 03-04-2014)

ага! :)

Аватар пользователя Crador
Crador(3 года 10 месяцев)(10:18:49 / 03-04-2014)

Между "создали" и "работают над" в моём личном розовом мирке гигантская пропасть.

И даже в конце данной статьи сие подтверждается:

1. "ученые планируют проверить работоспособность биСКВИД экспериментально";

2. "при наличии финансирования".

 

Не то чтобы я не верил в ученых РФ. Просто заголовок вводит в заблуждение. Шестикратное шестипорядочное снижение энергопотребление (с сопутствующим снижением тепловыделения) - этапять, конечно! Куда можно выслать СМС для поддержки финансами?)

Аватар пользователя SergeyVBNM
SergeyVBNM(5 лет 5 месяцев)(10:11:17 / 03-04-2014)

>Шестикратное снижение энергопотребление (с сопутствующим снижением тепловыделения) - этапять, конечно!

Не шестикратное, а на 6 порядков, это в 1 000 000 раз, ага

Комментарий администрации:  
*** В бюджете нет денег, приватизация даст немного денег за хорошие активы ***
Аватар пользователя Crador
Crador(3 года 10 месяцев)(10:18:30 / 03-04-2014)

Да, неправильно выразился. "Шестипорядочное"

Аватар пользователя bom100
bom100(5 лет 10 месяцев)(10:06:27 / 03-04-2014)

В настоящее время российские ученые планируют проверить работоспособность биСКВИД экспериментально. -  то есть все это пока только на бумаге работает ..

Аватар пользователя Almazen
Almazen(5 лет 1 месяц)(10:07:47 / 03-04-2014)

Что-то про связь между потерей информации и тепловыделением на бред похоже...

Аватар пользователя MindTaker
MindTaker(5 лет 9 месяцев)(10:52:54 / 03-04-2014)

http://habrahabr.ru/post/113332/

В основе «проблемы тепловыделения» лежит глубокая связь между информационной и термодинамической энтропией, а также второе начало термодинамики, запрещающее уменьшение общей энтропии замкнутой системы. Любое вычисление, уменьшающее энтропию информационную, обязано приводить к увеличению энтропии термодинамической, то есть к выделению тепла. Рольф Ландауэр в 1961 году показал [pdf], что уничтожение одного бита информации должно приводить к выделению не менее k∙T∙ln 2 джоулей энергии, где k – постоянная Больцмана и T – температура системы. Само по себе эта энергия невелика: для T=300K она составляет всего 0.017 эВ на бит, но в пересчете на процессор в целом суммарная энергия вырастает уже до величин порядка одного Джоуля за каждую секунду работы, то есть порядка одного Ватта [Компьютерра №538]. На практике этот теоретический минимум умножается на ненулевое сопротивление и прочие неидеальности реальных полупроводников. В результате мы получаем процессоры, которые по тепловыделению обгоняют утюги.

А бред - это то, что вы написали.

Аватар пользователя Synapse
Synapse(5 лет 1 месяц)(11:23:04 / 03-04-2014)

Что такое "уничтожение бита"? Его ластиком что ли стирают или выжигают огнем? Как, вообще, бит можно уничтожить?

Аватар пользователя Laimingas
Laimingas(3 года 8 месяцев)(11:31:33 / 03-04-2014)

умножением на ноль)

Аватар пользователя jaff_13
jaff_13(5 лет 1 месяц)(11:58:28 / 03-04-2014)

могу только предположить, без конкретики.

До операции суммирования у вас есть информация о том, что чему равны эти два числа (можно записать в двоичном виде, если угодно), и потенциально - чему равна их сумма.

Когда вы произведете суммирование, то информация о слагаемых теряется.

Возможно, это имеется в виду.

Аватар пользователя navium7
navium7(3 года 9 месяцев)(16:59:57 / 03-04-2014)

Вот физически это бред. Не то что вы написали, а про то что убирая "уничтожение" информации в электронных схемах мы уменьшаем потребление.

Просто почитайте (хотя бы в вики про CMOS - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%9C%D0%9E%D0%9F), а можно и книги :)

Допустим, у нас собрана логическая схема по такой технологии, что бы переключить логику из одного состояния в другое надо изменить напряжение на входе другим эллементом, а переключение это заряд подзатворных емкостей транзисторов (и так во всех эллементах нашей мысленной схемы). Какую бы мы схему не создали на переключение транзисторов мы обязаны тратить энергию (в виде заряда, а значит тока). Нет возможности "забрать" заряд от транзистора обратно в источник питания.

То есть в существующих технологиях сделать то что заявлено в новости нельзя. Может быть это возможно при других технологиях, но они в новости не описаны и даже нет намёка на них. Простым изменением схемы революции в потреблении не добиться.

Аватар пользователя jaff_13
jaff_13(5 лет 1 месяц)(20:30:42 / 03-04-2014)

думаю, лет тридцать назад я прочитал про КМОП больше, чем сейчас написано в педивикии. Но меньше, чем в "книгах", разумеется.

Но, если вы заметили, там все-таки сквиды обсуждаются, а не кмопы. Это, наверное, можно назвать "другими технологиями", или что вы имели в виду под этим?

О том, что сказано в статье, сходу высказываться не берусь, поскольку в этих конкретных вещах не разбирался. Судя по комментариям, рассуждения там не на пустом месте, тема известная. 

По поводу того, что "нет возможности "забрать" заряд от транзистора обратно в источник питания", - я вас разочарую. Как вы правильно заметили, затвор кмопа - это емкость. Добавьте в цепь индуктивность, и вуаля - в какой-то момент заряд перетечет обратно )

УПД смешно - сболтнув наугад, я попал почти в яблочко :)

http://habrahabr.ru/post/113332/
"...Такой способ называется консервативной, или «сохраняющей», логикой. К сожалению, для него так и не удалось создать компактную физическую реализацию в кремнии, известен только способ реализации на МОП-транзисторах с плохо миниатюризируемыми индуктивностями."

Аватар пользователя navium7
navium7(3 года 9 месяцев)(22:23:27 / 03-04-2014)

Принцип Ландауэра говорит лишь о том, что если сделать напряжение питание минимально возможным, а транзисторы идеальными то мы будем терять сколько то там энергии (KbTln2). Объясняя это количество через разницу потенциальных энергий электрона в двух близких состояниях.

На данный момент основная технология изготовления микросхем это КМОП в том или ином виде. Биполярные микросхемы, ЭСЛ в расчет не берем - у них другое назанчение. БИСКВИД нам обещает какую то там эффективность путем отказа от той мизерной энергии (KbTln2 всего то), по сравнению с тем что мы теряем на заряд/разряд емкости затвора и на выделении тепла на проводниках в ИМС это это тысячные доли. Какой смысл их экономить?

Разрабатывать новые технолгии для замены КМОП - всегда пожалуйста, а говорить о револиции теряя 0.001% потребления по сравнению с 100% - смешно, никакая это не революция.

БИСКВИД это не плохо, я не против него, разработали - супер, есть вариант использовать его гдето, но он не заменит КМОП. потому что последний широко внедрен и змены ему даже отдаленно нет. Может всё изменят нанотрубки, но сейчас это не важно. Надо придумать какой-то эффект что бы заряд одного транзистора перетекал хотя бы частично в другой (комплементарный), а потом обратно когда нужно - тогда мы получим существенную экономию потребления, а снижая напряжение питания мы будем все ближе и ближе к порогу Ландауэра.

/*По поводу того, что "нет возможности "забрать" заряд от транзистора обратно в источник питания", - я вас разочарую.*/

Вы меня не разочаруюете этим, на сколько я знаю то были эксперименты с дискретными эллементами. Перенести всё в ИМС помешали именно плохо миниатюризируемые индуктивности и тут ничего не поделаешь. Нужен другой физический эффект. Вот или его найдут или заменят технологию на другую, а потратить энергию KbTln2 на один бит инфы человек вполне может без всяких душевных потрясений, это очень мало :) Мы сейчас тратим примерно на 4 порядка больше.

Аватар пользователя MindTaker
MindTaker(5 лет 9 месяцев)(23:16:38 / 03-04-2014)

Блин, я фигею, элементарные же вещи.

Транзистор же.

Аватар пользователя hardknap
hardknap(5 лет 1 месяц)(16:00:57 / 03-04-2014)

бит - заряд на pn переходе между тактами. для того, чтобы его стереть, необходимо разрядить через нагрузку - отсюда тепло

Аватар пользователя anamitos
anamitos(5 лет 1 месяц)(11:30:25 / 03-04-2014)
Т.е., разместив на кристалле генератор случайных чисел, можно решить проблему охлаждения?
Аватар пользователя Almazen
Almazen(5 лет 1 месяц)(11:40:01 / 03-04-2014)

Я правильно вас, хамло, понял, что если научиться тратить на "уничтожение бита" меньше чем k∙T∙ln 2 - то мы автоматически создаем вечный двигатель?

Аватар пользователя RikkiTikkiTavi
RikkiTikkiTavi(5 лет 10 месяцев)(11:56:17 / 03-04-2014)

В результате мы получаем процессоры, которые по тепловыделению обгоняют утюги.

Специально заглянул в раздел Утюги на Яндекс.маркете - самый маломощный утюг 500 Вт. Можете назвать хоть один современный процессор с тепловыделением (да хрен с ним, даже c потреблением) больше 500 Вт?

Аватар пользователя evm11
evm11(5 лет 1 месяц)(12:59:28 / 03-04-2014)

Последняя видеокарта от AMD какая-то там кроссфаейр для игрушек имеет два процессора и потребляет 750Вт. Это кстати еще не предел - есть видеокарты с потреблением киловатт и более.

Аватар пользователя RikkiTikkiTavi
RikkiTikkiTavi(5 лет 10 месяцев)(14:14:11 / 03-04-2014)

т.е. один процессор этой видеокарты потребляет таки не более 750/2=375 Вт? А учитывая, что там на видеокарте не только два процессора, но еще и память, да и не только память, потребление опять нифига не дотянет даже до самого слабого утюга.

Аватар пользователя viewer
viewer(5 лет 1 месяц)(11:03:25 / 03-04-2014)

Ну отчего же, в теории информации тоже есть понятие энтропии, такое же, как и в термодинамике - мера беспорядка.

Аватар пользователя Almazen
Almazen(5 лет 1 месяц)(11:13:58 / 03-04-2014)

С понятием то знаком, но вот само утверждение о том, что есть потери исключительно на потерю информации, не привязанные к физическому процессу - несколько странным кажется. Все таки - любое изменение состояния элемента процессора - например, транзистора - связано с протеканием тока или подобным. Что вызывает потери на нагрев независимо от того, работа идет с информацией или просто загорается лампочка. Хотя, возможно, у меня концептуальное непонимание понятия "информация" в данном контексте.

Аватар пользователя Laimingas
Laimingas(3 года 8 месяцев)(11:30:36 / 03-04-2014)

логика не потребляет энергию, бо не материально... 

Аватар пользователя Validate
Validate(4 года 11 месяцев)(12:34:06 / 03-04-2014)

Возможно имеется в виду что эту память не придётся постоянно перезаписывать.  А под уничтожением бита понимается сброс его в некое среднее не несущее информации состояние что ессно требует энергии. Но это моё ИМХО :)

Аватар пользователя Almazen
Almazen(5 лет 1 месяц)(12:59:39 / 03-04-2014)

Дык тут то речь о том, что в процессе такого "сброса" энергия выделяется, а не требуется. Что и вызывает интуитивное непонимание, по крайней мере у меня. 

Аватар пользователя evm11
evm11(5 лет 1 месяц)(13:05:31 / 03-04-2014)

Да, энергия выделяется, но не в виде электричества, а в виде тепла и уж ни в коем случае не возвращается в систему.

Поэтому установил битик -потратил электичество, сбросил битик - потратил электричество, а итоговый выхлоп целиком уходит в обогоев окружающего пространства.

Аватар пользователя Almazen
Almazen(5 лет 1 месяц)(13:33:05 / 03-04-2014)

Ну так получается то, что "выхлоп" происходит из-за того, что потратили, а не потому, что битик стерли. То есть - можно тупо транзистор подергать без всякой привязки к информации - и будет то же самое, нет?

Аватар пользователя SergeyVBNM
SergeyVBNM(5 лет 5 месяцев)(13:40:05 / 03-04-2014)

>Ну так получается то, что "выхлоп" происходит из-за того, что потратили, а не потому, что битик стерли.

Я так же понял. Однако надо уточнить, что на продуктивный битик тоже энергию тратят, а кол-во ошибок в процах несущественно.

Комментарий администрации:  
*** В бюджете нет денег, приватизация даст немного денег за хорошие активы ***
Аватар пользователя Validate
Validate(4 года 11 месяцев)(14:32:38 / 03-04-2014)

Думаю да, но любое дёрганье транзистора это смена информации на нём с точки зрения всеобщей информации. Просто она более менее бессмысленна :)

Аватар пользователя Almazen
Almazen(5 лет 1 месяц)(15:12:13 / 03-04-2014)

Тут просто интересное следствие вытекает, возможно, правда, из-за неверного понимания - если дергая бит этот тратить меньше энергии, чем выделится - будет вечный двигатель ) в противном случае - все это сводится лишь к простым тепловым потерям из-за оперирования носителем не как носителем, а просто материальным объектом.

Аватар пользователя Validate
Validate(4 года 11 месяцев)(20:20:27 / 03-04-2014)

Думаю второе куда ближе к истине. :)

Аватар пользователя Huch
Huch(5 лет 1 месяц)(11:10:39 / 03-04-2014)

Бред начался чуть раньше. Со слов про обратимость вычислений. Я вот с трудом могу представить себе математику в которой по результату операции можно однозначно восстановить все ее операнды.

Аватар пользователя Synapse
Synapse(5 лет 1 месяц)(11:24:13 / 03-04-2014)

Да уж. Термин нуждается в расшифровке. А то пока всё пахнет торсионными полями.

Аватар пользователя Vneroznikov
Vneroznikov(5 лет 11 месяцев)(12:33:32 / 03-04-2014)

Ну, как-то вот так

http://habrahabr.ru/post/208606/

Аватар пользователя Huch
Huch(5 лет 1 месяц)(13:34:55 / 03-04-2014)

Избыточность результатов элементарной операции (дополнительные выходы логических вентилей) является особенностью реализации и новой математики не создает.

От проблемы стоков можно избавиться только в полностью замкнутой схеме - нет входов и нет выходов т.е. вычислитель может быть сколь угодно сложен внутри себя и совсем не потреблять энергии при работе... но задать аргументы операции и результат наружу вывести без выделения тепла уже не получается.

Универсальности тоже нет - можно схемно реализовать алгоритм любой сложности, но задачи, требующие внешнего управления (программирования) становятся недоступны.

Аватар пользователя Synapse
Synapse(5 лет 1 месяц)(13:38:22 / 03-04-2014)

Термин понятен. Непонятно, как это связано с термодинамической энтропией.

И, кстати, зачем эти вычисления нужны? Что они позволяют практически полезного по сравнению с обычными, необратимыми вычислениями?

Аватар пользователя Я - Гриша
Я - Гриша(4 года 8 месяцев)(12:32:28 / 03-04-2014)

Двоичная математика:

Операция AND: A & B = C  - не обратима, если С = 0, неизвестно A или B были 0.
Операция NOT: ~A = С - обратима
Операция OR: A | B = C - не обратима, если С = 1, неизвестно A или B были 1.

 Т.е., все логические операции с числом операндов > 1 необратимы. Какое это имеет отнишение к энергии - спросите аффторофф статьи.

Аватар пользователя monk
monk(5 лет 9 месяцев)(11:57:17 / 03-04-2014)

> Операция AND: A & B = C  - обратима


Если C = 0, то какие A и B?

Аватар пользователя Я - Гриша
Я - Гриша(4 года 8 месяцев)(12:26:57 / 03-04-2014)

Да, тоже верно. С=0 я пропустил.

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(4 года 10 месяцев)(13:10:36 / 03-04-2014)

Привет аватар-эпигону ;)

Аватар пользователя CCAPMX
CCAPMX(5 лет 10 месяцев)(11:11:55 / 03-04-2014)

>существующей цифровой сверхпроводниковой электроники

что они имели ввиду?

Аватар пользователя Pogrom
Pogrom(5 лет 10 месяцев)(11:14:28 / 03-04-2014)

На 6 порядков? Пипец.

Аватар пользователя rscout13
rscout13(3 года 8 месяцев)(11:54:08 / 03-04-2014)

А в прошлом году сделали вот такое с участием наших учёных, извините что на аглицком

http://www.anl.gov/articles/vortex-pinning-could-lead-superconducting-breakthroughs 

Аватар пользователя ВладимирХ
ВладимирХ(4 года 10 месяцев)(13:09:11 / 03-04-2014)

Если это не из области первоапрельских шуток, то это явный шаг к еще одному типу базовых элементов для квантовых компьютеров. Насчет обратимости вычислений - это именно по части КК.

Аватар пользователя nehnah
nehnah(5 лет 2 месяца)(18:15:36 / 03-04-2014)

Прикольно, электроника такого типа для всяких космосов - то, что доктор прописал! Гут! :-)

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...