現如今，計算機消耗的能量驚人。根據最近的一項估計，僅數據中心就消耗了全球2%的電力，預計到本世紀末，這一數字將攀升至8%。不過，為了扭轉這一趨勢，也許位于計算機世界中心的微處理器可以以全新的方式進行精簡。

日本的一個研究小組已經將這個想法發揮到了極限，創造了一個超導微處理器，一個電阻為零的微處理器。近日，在IEEE固態電路雜志上發表的一項研究報告中描述了這種新器件，這是同類器件中的第一種。

超導體微處理器可以為更節能的計算能力提供一個潛在的解決方案，但目前，這些設計要求超低溫低于10開爾文（或-263攝氏度）。日本的研究小組試圖制造一種絕熱的超導體微處理器，這意味著，原則上，在計算過程中，能量不會從系統中獲得或損失。

這種新的微處理器原型稱為MANA（單絕熱集成體系結構），是世界上第一個絕熱超導體微處理器。它由超導鈮組成，并依賴于稱為絕熱量子通量參量電子（AQFP）的硬件組件運行。每個AQFP由幾個快速作用的約瑟夫森結開關組成，這些結開關只需很少的能量即可支持超導體電子設備。MANA微處理器總共由20000多個約瑟夫森結開關（或10000多個AQFPs）組成。

Christopher Ayala是日本橫濱國立大學高級科學研究所（the Institute of Advanced Sciences at Yokohama National University,）的副教授，他幫助開發了這種新型微處理器。他解釋說：“用于制造微處理器的AQFPs已經過優化，可以絕熱工作，這樣從電源中提取的能量就可以在相對較低的時鐘頻率下恢復到10ghz左右。與傳統超導體電子學中通常發現的數百千兆赫相比，這個頻率很低。”

然而，這并不意味著目前的這一代設備可以達到10GHz的速度。在一份新聞聲明中，Ayala補充說：“我們還在一個單獨的芯片上展示，微處理器的數據處理部分可以工作到2.5GHz的時鐘頻率，使其與當今的計算技術不相上下。隨著我們對設計方法和實驗裝置的改進，我們甚至預計這一頻率將提高到5-10 GHz。”

鈮基微處理器的入門價格當然是低溫和將系統冷卻到超導溫度的能源成本。“但即使考慮到這種冷卻開銷，”Ayala說，“AQFP的能效仍然是目前最先進的半導體電子器件（例如）7納米FinFET的80倍。”

由于MANA微處理器需要液氦水平溫度，它更適合大型計算基礎設施，如數據中心和超級計算機，在那里可以使用低溫冷卻系統。他說：“這些障礙中的大部分，即區域效率、延遲和功率時鐘網絡的改進，都是我們一直在深入研究的研究領域，我們已經有了很好的發展方向。”

原文標題：電阻為零的超導微處理器問世 結果顯示超高效

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