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美国DARPA启动“低温逻辑技术”项目---旨在开发高性能计算引擎所需基本电路元件

发布时间:2021-04-14  责任编辑:王晶华 信息来源:科技日报   收藏

  美国国防高级研究计划局(DARPA)正在寻求高性能计算领域的创新。据HPCwire网站、DARPA官方网站等近日报道称,DARPA启动一项“低温逻辑技术”计划,其重点是进一步扩展功率密度以提高计算性能,从而解决到达摩尔定律扩展极限后所面临的问题。

  高性能计算是国防应用的关键推动力,无论是战术边缘的数据处理,还是天气预报系统的动力支持都是如此。从发展历史上看,高性能计算的进展一直受到新一代集成电路技术的推动,包括晶体管密度、性能和能效的不断提高。

  但是,由于一系列技术挑战(例如工作电压降低等)的存在,摩尔定律,这一传统晶体管背后的重要指导原则正在“放缓”。工程师们想以节能的方式跟上更快、更密集的计算需求,但常规技术的局限性使一切异常困难。

  DARPA微系统技术办公室负责人表示:“现如今,我们正积极地达到摩尔定律的极限,并且面临着无法进一步扩展功率密度以提高计算性能的困境。”他认为,可行的解决方案是冷计算——虽然微电子器件通常设计为在室温下工作,但在更低的温度下器件特性会显著提升。极低温器件(工作于零下196摄氏度或更低温度的设备)有可能克服功率缩放的限制,但当人们将其应用于非常大规模的集成时就又遇到了挑战。

  鉴于此,为克服以上障碍,DARPA着意开发“低温逻辑技术”项目。这一技术试图在接近液氮温度(约零下196摄氏度)下运行电子设备时,还能实现功率性能的显著提升。

  该计划目标是通过对先进的超大规模集成工艺进行修改,来开发高性能、低温的互补金属氧化物半导体鳍式场效应晶体管。与在室温下运行的最新中央处理器相比,最终的技术应能够将性能/功耗提高25倍。

  在实现目标的过程中,项目还将分为两个研究重点,简单说,第一个重点将是研究、开发和提供一种制造技术,以能够集成低温晶体管和在零下196摄氏度温度下的配套电路等;第二个重点将探讨相关兼容解决方案,从而应对零下196摄氏度温度下的各个技术挑战。

  总编辑圈点 

  高性能计算,也就是我们熟悉的超级计算。它是计算机领域皇冠上的明珠。降低计算机系统的运行温度,可以提升计算效率。传统处理器和数据中心都是在高于室温的温度下运行的,降温不易。而DARPA想把它们的工作温度下降到约零下196摄氏度。这是一个系统工程——不仅要有能在低温下工作的晶体管、存储器和电路,还要有提供这种环境温度的能源系统;有了能源系统,也要考虑环境方面的得失。为了在摩尔定律到达极限时拓展半导体性能,科研人员也是动了不少心思。

责任编辑:王晶华