러시아에서는 초전도체에 대한 슈퍼 컴퓨터 칩 개발
BISKVID는 6 주문시 슈퍼 컴퓨터의 전력 소비를 줄일 수 있습니다!
모스크바 주립 대학의 INP와 물리 학부의 과학자들은 초전도 물질의 전기 저항이 0 인 슈퍼 컴퓨터의 논리적 요소를 위해 초전도 물질로 새로운 이중 SQUID 칩을 개발했습니다. 본 발명은 6 주문에서 슈퍼 컴퓨터의 전력 소비를 줄일 수 있습니다!
초기에는 초전도 고선형 자계 검출기와 고선형 저잡음 증폭기와 같은 이름의 칩을 만들었습니다.
"BISQUID 자체는 Viktor Kornev 물리학 교수와 함께 초기에 우리에 의해 제안되었으며 아날로그 초전도 전자 장치에 사용되었습니다. 뉴스 조셉슨이 강자성체와 접촉했다는 사실이 이제는 그것에 사용되었고,이 계획은 가역적 인 계산에 사용되었다 "라고 Igor Solovyev INP MSU 선임 연구원은 말했다.
BISQUID 슈퍼 컴퓨터의 논리 소자를위한 새로운 초전도 가역 회로. J1, J2 - 조셉슨 연락처, J3 (파란색) - 조셉슨과 강자성 접촉
"BSCVID"라는 이름은 "SQUID"(영어 SQUID - 초전도 양자 간섭 장치)의 약자 인 자기장에 독특한 감도를 갖는 초전도 양자 간섭 장치에서 유래했습니다. 제목의 접두사 "bi"는 한 체계에서 두 개의 SQUID의 기능을 통합 한 것을 나타냅니다.
현대 슈퍼 컴퓨터의 높은 전력 소비는 향후 개발 과정에서 어려운 문제로 알려져 있습니다. 과학자들의 추산에 따르면, 오늘날과 같은 속도로 생산성이 추가로 증가하면 차세대 슈퍼 컴퓨터의 작동에는 원자력 발전소의 개인 장치가 필요하다는 사실을 알 수 있습니다.
"에너지 소비는 논리적 동작의 구현 원리와 마이크로 칩을 만드는 데 사용되는 재료의 선택 등 다양한 요소에 달려있다"고 모스크바 주립 대학의 물리학 부 부교수 Nikolai Klenov가 상황에 대해 언급했다.
모든 최신 컴퓨터 (개인용 컴퓨터 및 슈퍼 컴퓨터)에서 발생하는 프로세스는 되돌릴 수 없습니다. 이것은 계산 과정에서 정보의 일부가 손실된다는 것을 의미합니다. 즉, 얻은 결과에 따라 입력 내용을 복구 할 수 없습니다. 이러한 정보의 손실은 R. Landauer의 작업에서 1961로 표시된 컴퓨터의 온도 상승과 에너지 손실을 동반합니다. 전기 저항을 갖는 반도체 재료의 사용은 또한 계산이 컴퓨터의 에너지 및 가열의 손실을 동반한다는 사실로 이어진다. 컴퓨터가 작동하려면 에너지 손실을 보상 할뿐만 아니라 칩을 작동 온도까지 냉각시키는 것이 필요합니다. 이 상황에서 벗어나는 자연스러운 방법은 정보의 손실없이 일어나는 가역 논리 연산의 사용과 전기 저항이 제로인 초전도 물질을 사용하는 컴퓨터 칩의 생성 일 수 있습니다.
그런데 최근에 미국과 일본의 과학자들은 가역 초전도 회로의 전력 소비가 기존 반도체 아날로그의 전력 소모보다 6 정도 더 낮을 수 있다는 것을 실험적으로 보여 주었으며 기존의 디지털 초전도 전자 회로의 전력 소비는 3 순서에 의해서만 낮았다. 그러나 그들에 의해 연구 된 초전도 회로는 근본적인 나노 기술의 기준에 비해 다소 성가 셨다.
이 문제를 해결하기 위해 Mikhail Kupriyanov가 이끄는 INP의 나노 구조 물리학 연구소 직원과 모스크바 주립 대학 물리학과 동료가 새로운 초전도 가역 회로를 만들기 시작했습니다. 그들은 최근에 강자성 물질로 된 소위 조세프슨 접합 인 슈퍼 컴퓨터의 메모리 셀의 기본 요소를 개발했습니다. 본 발명은 콤팩트하고 에너지 효율적인 초전도 메모리의 생성에 의존하는 것을 가능하게하는데, 그 부재는 기존의 디지털 초전도 기술의 실제적인 적용에 대한 심각한 장애물이다. 그러나이 기술에 사용 된 논리 연산은 되돌릴 수 없으므로 결과적으로 회로의 에너지 효율이 낮아집니다.
에너지 소비의 급격한 감소를 달성하기 위해, 이번에는 원자력 물리학 연구소와 모스크바 주립 대학 물리학과의 과학자들이 수퍼 컴퓨터의 논리적 구성 요소를위한 새로운 초전도 가역적 인 구조를 제안했습니다. 3 개의 조셉슨 접점으로 구성되며 그 중 하나는 이전에 제안 된 강자성체와의 접촉입니다.
"초전도 가역 회로에서 강자성체를 사용하면 설계를 크게 단순화하고 크기를 줄이며 정보 처리 프로세스의 단열 적 흐름을 보장 할 수있다"고 INP MSU Igor Solovyov 수석 연구원은 설명했다. "에너지 방출의 강도의 정도에 따라 현대 컴퓨터와 제안 된 계획에서 발생하는 프로세스는 수많은 급류에서의 산 강물의 난류와 평온한 넓고 깊은 강이 흐르는 조용하고 거의 감지 할 수없는 것과 비교할 수 있습니다."
과학자들은 실험적으로 발명품을 테스트해야합니다. 자금 조달의 경우 올해 이미 실험실 테스트가 실시 될 수 있습니다.
강자성체 (ferromagnet)가있는 조셉슨 접합부를 갖는 새로운 가역 쌍방향 (bi-SQUID) 체계의 잠재적 인 프로필의 일정한 구성 요소의 모습. 강자성체 (ferromagnet)의 사용은 정보 전달 과정 (회색 화살표로 표시)에서 시스템의 등전위 적 진화 궤도의 존재를 보장하여 에너지 방출을 최소화합니다.
상단 왼쪽에서 오른쪽으로 : 올가 Proshina, 알렉산더 코 발레 프, 일러스트 Tatyana Rakhimov 알렉산드르 Rakhimov, 안나 Vasilyeva를 : 알렉스 Zotovich 세르게이 지리 아 노프을, 드미트리 드미트리 Voloshin 콘스탄틴 Klopovsky 알렉산더 Palov는 유리 Mankelevich 콘스탄틴 Kurchik 알렉산더 Chukalovsky 바닥이 왼쪽에서 오른쪽으로 버스트
A.T.Rakhimov의지도 아래 그룹은 플라즈마와 최신 전자 재료의 초저 유전 상수와의 상호 작용에 관한 연구를 수행합니다. 세부 사항 - INP, MSU, 물리 및 수학 과학부의 Dmitry Lopaev 후보자의 마이크로 일렉트로닉스학과의 수석 연구원과의 인터뷰에서.
- Dmitry Viktorovich, A.T. Rakhimov가 이끄는 그룹의 일에 대해 이야기 해주십시오.
- 낮은 유전 상수 (low-k 막)를 가진 새로운 나노 다공성 물질로 작업하고 있습니다.이 기술은 10-22 나노 미터 사이의 거리 (하프 피치)가 높은 새로운 패킹 밀도의 새로운 칩에 신호를 분배 할 수있게합니다. 이 거리가 작을수록 1 평방 센티미터 당 더 많은 요소를 만들 수 있습니다. 우리는 이제 평방 센티미터 당 1 천억 개의 항목에 대해 이야기하고 있습니다. 이것들은 프로세서들입니다. 이것은 메모리입니다. 현실적으로 이러한 것들은 하나의 손바닥에서 엄청난 컴퓨팅 성능을 발휘할 때입니다.
- 얼마나 다공성 물질입니까?
- 최대 50 퍼센트의 다공성. 그것은 많은 구멍이 서로 가까운 치즈와 같습니다. 전형적인 nanopore의 크기는 2에서 4 나노 미터까지입니다. 즉, 실제로는 여러 층의 원자입니다. 이 다공성 물질은 매우 가볍고 탄소 CFRP보다 가볍지 만 매우 높은 강도를 가지고 있습니다. 석영보다 두 배 강하다. 보풀이나 눈과 비슷하지만 눈을 치울 것입니다. 그러나 그렇게하지는 않습니다. 그것은 내구성이 강하다. 이 재료는 눌러졌습니다.
- 밀도 란 무엇입니까?
- 입방 센티미터 당 1 그램 미만의 현대 저 유전율 유전체의 밀도.
-이 물질들은 무엇이며 누가 생산 하는가?
- 모든 자료는 외국 파트너가 제공합니다. 생산이 없기 때문에 러시아에는 그런 자료가 없다.
그것은 규소, 산소, 탄소 및 수소로 구성된 유기 규산염 물질입니다. 그래서 SiOCH 재질이 필요합니다. 이것이 가장 유망한 자료입니다.
- 당신의 공헌은 무엇입니까?
- 우리는 6 년 전에 일하기 시작했습니다. 두 번째는 이러한 물질의 생성이었고, 과제는 인텔의 최신 세대 프로세서에 사용되는 22 기술 나노 미터를 구현하는 것이 었습니다. 또한 휴대 전화와 같은 크기의 테라 바이트 드라이브와 같은 솔리드 스테이트 드라이브입니다.
기술에 대한 우리의 공헌은 생산 공정 조건 하에서 이러한 물질이 플라즈마에서 어떻게 저하되는지에 대한 지식을 얻는 것입니다. 이것이 에칭 중에 열화 메커니즘이 발생하는 방법입니다. 이를 알면 성능 저하를 방지 할 수있는 방법을 제안 할 수 있습니다.
- 쇠퇴로부터 어떤 지식을 얻었습니까?
- 물질은 매우 다공성입니다. 작은 물도 모공 속으로 들어가면 스펀지처럼 삼킬 것입니다. 유전 물질이 작용하지 않습니다. 결국 물은 매우 높은 분극 력을 가지므로 높은 유전 상수가있을 것입니다. 따라서, 재료는 소수성이어야합니다.
소수성은 모공의 전체 내부 표면을 덮는 CH3- 메틸기를 사용하여 달성된다. 그러나 불행하게도 Si-CH3 그룹은 활성 입자 (이온, 라디칼, 광자)와의 화학 반응에 매우 취약합니다. 이온, 라디칼, 광자는 공정 중에 플라즈마로 떨어집니다. 다음과 같은 작업이 있습니다. 플라즈마 작용에 따라 Si-CH3 그룹에 어떤 일이 발생하는지 이해하는 것. CH3 그룹이 제거 되 자마자 물이 기공을 관통하고 물질이 분해 될 때 폐기 될 수 있기 때문에 제거하지 않도록하는 방법에 대해 설명합니다.
- 그리고 어떻게 될까?
- 원칙에 따르면, "백인 포로"와 마찬가지로 : 우리를 방해하는 사람이 우리를 도울 것입니다. 이 원칙은 과학적 연구에 사용되었으며 매우 중요했습니다.
-이게 어때?
- 똑같은 경질의 광자는 다른 플라즈마에서 강하게 흡수 된 고귀한 헬륨 플라즈마로부터 나온 것으로 밝혀졌지만 표면뿐만 아니라 SiO2 물질의 내부 구조도 변형시킨다. 그리고 맨 위의 재료 층이 압축됩니다. 이온들이 여전히 충돌되면서 결합이 끊어지면 빽빽한 껍질이 형성되지만 매우 얇은 두께의 나노 미터 정도 밖에되지 않습니다. 그리고 우리는 물질을 밀봉하고있는 것으로 밝혀졌습니다. 이미 아무 것도 침투하지 않았기 때문에 아무런 열화도 없습니다. 이것은 우리에 의해 보여졌으며, 기술자들은 생산에서 그것을 마스터했습니다.
그러나 불행하게도 필름에 단단한 방사선이 침투하는 것을 피하는 것은 불가능합니다. 그들은 위에서도 얇은 지각의 층으로 덮으려고했지만 너무 가늘어 방사선은 여전히 침투하고이 지각 아래에서도 분해가 진행됩니다. 그래서 우리는 극저온 과정에갔습니다. 이것은 모공 속의 일부 제품을 차가운 온도 (100 제외)에서 고정시키고 조용히 구조를 만들 때입니다. 이런 식으로, 당신은 급진파 또는 다른 어떤 것도 거기에 관통시키지 못하게하여 결함이 생깁니다. 그 후에, 당신은 물질을 가열함으로써이 기공으로부터 제품을 제거하고, 당신이 구조를 만들었지 만 이웃 한 부분을 망쳐 놓지 않았 음을 알게됩니다.
- 기술적 인 과정에서 다른 어떤 물질의 분해가 관찰 되었는가?
- 에칭 할 프로세서의 연결 레이어 아키텍처가 필요합니다. 그러나 독성이있는 라디칼은 플루오로 카본 플라즈마에서 일반적으로 발생하며 분해를 일으 킵니다. 즉 메틸기가 제거되어 모공을 관통합니다. 당신은 구조를 만들고, 당신은 모든 것을 에칭했고, 가까이있는 모든 것은 이미 망가져 있습니다.
-이 경우 어떻게해야합니까?
- 몇 가지 방법이 있습니다. 현재 우리는 이미 불소 원자가있는 에칭 메커니즘 자체가 어떻게 저하되는지를 직접적으로 규명하고 있습니다. 이미 이해하고있어. 그리고 그것은 우리에게 많은 도움이됩니다. 대학에는 다양한 장비가 있습니다.
- 진단은 뭐니?
- 우리는 복잡한 진단을 많이해야합니다 : FTIR, RBS, XRF, XPS. 여기서 XPS는 하드 포톤 (hard photon)으로 하부 껍질에서 전자를 노크 할 때 방사선의 도움을 받아 표면을 연구하고 상부 껍질에서 전이가 재료의 구조를 특징 짓는 것입니다. 그리고 에너지를 분석하면 이해할 수 있습니다. 왜냐하면 화학적 변화를 느끼기 때문에 그 에너지는 원소에 달려 있으며 화학적으로 결합되어 있습니다. 이 스펙트럼을 분석하면, 원자가 표면에 어떻게 결합되어 있는지를 가장 정확하게 이해할 수 있습니다. 나는 나노 미터 감도를 가진 단 하나의 분광 엘립 소메 트리를 수행하기 위해 매우 복잡한 진단의 복잡한 전체가 필요하다고 말하고 싶다. 그리고 어딘가에서 그것을하는 것은 매우 비쌉니다. 각 진단은 수천 달러입니다.
MSU는 복잡한 연구를 수행하고 수백 가지 샘플을 만들 수있는 사치를 가질 수있는 세계에서 몇 안되는 조직 중 하나입니다. 우리는 최신 연구를 수행합니다. 왜냐하면 우리는 현대 플라즈마 연구에 많은 것을 알고 있기 때문입니다.
그러나 우리는 개발에 착수하지 않습니다. 즉, 특정 사물의 개발은 러시아에 국한되지 않기 때문에 우리에게 종결되었습니다. 자신 만의 개발 센터를 만들어야합니다. 그렇지 않으면 우리는 우리 자신의 것을 발전시키지 않을 것입니다.
지적 재산권은 우리에게 남아 있습니다. 우리가 갑자기 어떤 종류의 기술을 소개하기를 원한다면 갑자기이 기술이 우리와 함께 발전 할 것이므로 여기에 라이센스 없이도 할 수 있습니다.
우리는 나노 다공성 물질을 연구하고있는 러시아에서는 극소수 중 하나입니다. 우리는 이제 약간의 조각입니다. 러시아는 특정 센터가 필요하다. 그러한 중심에서, 우리와 같은 그룹은 다른 방향으로 많이 있어야하지만, 디자이너를 위해 서로 다른 기술을 조합 할 수있는 특정 큐브의 클린 룸이 있어야합니다. 관리자가 아닌 수집하고, 기술, 정확하게 다양한 장치, 다른 기술 라인이있을 때. 일부 서양 기업에서 임대 할 수 있으므로 비영리 단체가 필요합니다. 그렇다면 발전시킬 수 있으며, 당신이 한 것은 모두 당신 것입니다. 우리는 우리 자신의 전자 제품이 있어야합니다.
정보