DARPA啟動“低溫邏輯技術(shù)” 步擴展功率密度以提高計算性能

美國國防高級研究計劃局(DARPA)正在尋求高性能計算領(lǐng)域的創(chuàng)新。據(jù)HPCwire網(wǎng)站、DARPA官方網(wǎng)站等近日報道稱，DARPA啟動一項“低溫邏輯技術(shù)”計劃，其重點是進一步擴展功率密度以提高計算性能，從而解決到達摩爾定律擴展極限后所面臨的問題。

高性能計算是國防應(yīng)用的關(guān)鍵推動力，無論是戰(zhàn)術(shù)邊緣的數(shù)據(jù)處理，還是天氣預(yù)報系統(tǒng)的動力支持都是如此。從發(fā)展歷史上看，高性能計算的進展一直受到新一代集成電路技術(shù)的推動，包括晶體管密度、性能和能效的不斷提高。

但是，由于一系列技術(shù)挑戰(zhàn)(例如工作電壓降低等)的存在，摩爾定律，這一傳統(tǒng)晶體管背后的重要指導(dǎo)原則正在“放緩”。工程師們想以節(jié)能的方式跟上更快、更密集的計算需求，但常規(guī)技術(shù)的局限性使一切異常困難。

DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室負責人表示：“現(xiàn)如今，我們正積極地達到摩爾定律的極限，并且面臨著無法進一步擴展功率密度以提高計算性能的困境。”他認為，可行的解決方案是冷計算——雖然微電子器件通常設(shè)計為在室溫下工作，但在更低的溫度下器件特性會顯著提升。極低溫器件(工作于零下196攝氏度或更低溫度的設(shè)備)有可能克服功率縮放的限制，但當人們將其應(yīng)用于非常大規(guī)模的集成時就又遇到了挑戰(zhàn)。

鑒于此，為克服以上障礙，DARPA著意開發(fā)“低溫邏輯技術(shù)”項目。這一技術(shù)試圖在接近液氮溫度(約零下196攝氏度)下運行電子設(shè)備時，還能實現(xiàn)功率性能的顯著提升。

該計劃目標是通過對先進的超大規(guī)模集成工藝進行修改，來開發(fā)高性能、低溫的互補金屬氧化物半導(dǎo)體鰭式場效應(yīng)晶體管。與在室溫下運行的最新中央處理器相比，最終的技術(shù)應(yīng)能夠?qū)⑿阅?功耗提高25倍。

在實現(xiàn)目標的過程中，項目還將分為兩個研究重點，簡單說，第一個重點將是研究、開發(fā)和提供一種制造技術(shù)，以能夠集成低溫晶體管和在零下196攝氏度溫度下的配套電路等;第二個重點將探討相關(guān)兼容解決方案，從而應(yīng)對零下196攝氏度溫度下的各個技術(shù)挑戰(zhàn)。

總編輯圈點

高性能計算，也就是我們熟悉的超級計算。它是計算機領(lǐng)域皇冠上的明珠。降低計算機系統(tǒng)的運行溫度，可以提升計算效率。傳統(tǒng)處理器和數(shù)據(jù)中心都是在高于室溫的溫度下運行的，降溫不易。而DARPA想把它們的工作溫度下降到約零下196攝氏度。這是一個系統(tǒng)工程——不僅要有能在低溫下工作的晶體管、存儲器和電路，還要有提供這種環(huán)境溫度的能源系統(tǒng);有了能源系統(tǒng)，也要考慮環(huán)境方面的得失。為了在摩爾定律到達極限時拓展半導(dǎo)體性能，科研人員也是動了不少心思。(張夢然)