កុំព្យូទ័រខ្ពស់បំផុត
ប្រតិកម្ម លំដាប់ខ្ពស់សំដៅទៅលើវណ្ណៈ តក្កវិជ្ជា ឬ ច្រកតក្កវិទ្យា ដែលប្រើលក្ខណពិសេសតែមួយគត់នៃ អង្គញាត្តិតូចបំផុត ដែលរួមមានខ្សៃអុកស៊ីតសូន្យប ញ្ចូន យ៉ូសឹនសឺ រនិងការវាស់បរិមាណមេដែក (Fluxoid) ។ កុំព្យូទ័រប្រសើរបំផុតគឺជាទម្រង់នៃការ បំលែងថាមពលអគ្គិសនី ព្រោះថាសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិចដែលមានលក្ខណៈប្រណិត ៗ តម្រូវឱ្យត្រជាក់ដល់ សីតុណ្ហភាព ត្រជាក់ ចំពោះការប្រតិបត្ដិការជាធម្មតានៅក្រោម 10 kelvins ។
សៀគ្វីតក្កវិជ្ជាឌីជីថលហួសប្រមាណប្រើប្រាស់ Quanta លំហូរតែមួយ (SFQ) ដែលត្រូវបានគេស្គាល់ផងដែរថាជា Quanta លំហូរម៉ាញេទិច ដើម្បីសរសេរកូដដំណើរការនិងដឹកជញ្ជូនទិន្នន័យ។ សៀគ្វី SFQ ត្រូវបានបង្កើតឡើងពីចំនុចប្រសព្វរបស់ Josephson និងធាតុអកម្មដូចជាអាំងឌុចស័រចរន្តអគ្គិសនី Transformers និងខ្សែបញ្ជូន។ ចំណែកឯ voltages និង capacitors មានសារសំខាន់នៅក្នុងសៀគ្វីតក្កវិជ្ជា semiconductor ដូចជា CMOS ចរន្តនិងអាំងឌុចស័រមានសារៈសំខាន់បំផុតនៅក្នុងសៀគ្វីតក្កវិទ្យា SFQ ។ ថាមពលអាចត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ដោយ ចរន្តចរន្ត ឬ ចរន្តជំនួសអាស្រ័យលើគ្រួសារតក្កវិទ្យា SFQ ។
មាតិកា
គំនិតជាមូលដ្ឋាន
អត្ថប្រយោជន៍ចម្បងនៃការប្រើកុំព្យូទ័រទំនើបគឺបង្កើនប្រសិទ្ធភាពថាមពលជាង បច្ចេកវិទ្យា CMOS សាមញ្ញ ។ ភាគច្រើននៃថាមពលដែលប្រើប្រាស់និងកំដៅ dissipated ដោយដំណើរការធម្មតាកើតចេញពីការផ្លាស់ប្តូរព័ត៌មានរវាងធាតុតក្កជាជាងប្រតិបត្តិការតក្កពិត។ ដោយសារតែស័ង្ក្ទស័ង្កសីមាន ភាពធន់ទ្រាំ អគ្គិសនីអគ្គិសនី ថាមពលតិចតួចគឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីផ្លាស់ទីប៊ីតនៅក្នុងខួរក្បាល។ នេះត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងនាំមកនូវការសន្សំការប្រើប្រាស់ថាមពលនៃកត្តា 500 សម្រាប់ កុំព្យូទ័រ exascale មួយ ។ [1] សម្រាប់ការប្រៀបធៀបក្នុងឆ្នាំ 2014 គេប៉ាន់ប្រមាណថា កុំព្យូរទ័រ FLOPS 1 ដែល បង្កើតឡើងនៅក្នុងការបង្កើត CMOS ត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណថានឹងប្រើប្រាស់ថាមពលអគ្គិសនី 500 មេហ្គាវ៉ាត់។ [2]តក្កវិទ្យាទំនើបអាចជាជម្រើសដ៏គួរឱ្យទាក់ទាញសម្រាប់ស៊ីភីយូលឿនបំផុតដែលការផ្លាស់ប្តូរដងត្រូវបានវាស់នៅប៉ាក់សេស៊ីននិងហ្វ្រេកង់ប្រតិបត្ដិការជិត 770 GHz ។ [4] [4] យ៉ាងណាក៏ដោយចាប់តាំងពីការផ្ទេរទិន្នន័យរវាងខួរក្បាលនិងពិភពខាងក្រៅនៅតែបែកខ្ញែកថាមពលកុំព្យូទ័រកុំព្យូរទ័រត្រូវបានគេមើលឃើញថាមានលក្ខណៈសមស្របសម្រាប់កិច្ចការដែលទាក់ទងទៅនឹងការទំនាក់ទំនងដែលទិន្នន័យភាគច្រើនស្ថិតក្នុងបរិយាកាស cryogenic ជាជាង ទិន្នន័យធំ ៗ កម្មវិធីដែលមានព័ត៌មានច្រើនដែលត្រូវបានស្ទ្រីមពីខាងក្រៅខួរក្បាល។
ក្នុងនាមជា logic តក្កវិទ្យាគាំទ្រស្ថាបត្យកម្មម៉ាស៊ីនឌីជីថលស្តង់ដារនិងក្បួនដោះស្រាយមូលដ្ឋានចំណេះដឹងដែលមានស្រាប់សម្រាប់ការគណនា CMOS នឹងនៅតែមានប្រយោជន៍ក្នុងការបង្កើតកុំព្យូទ័រទំនើប។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយដោយសារការកាត់បន្ថយកំដៅបានកាត់បន្ថយវាអាចបង្កើតនូវការច្នៃប្រឌិតដូចជា ការដាក់ជង់ ធាតុផ្សំ បីជាន់ ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយនៅពេលដែលពួកគេត្រូវការ អុិនឌ័រ វាពិបាកក្នុងការកាត់បន្ថយទំហំរបស់វា។ គិតត្រឹមឆ្នាំ 2014 ឧបករណ៍ដែលប្រើ niobium ជាសម្ភារៈទំនើបដែលដំណើរការនៅកម្រិត 4 K ត្រូវបានគេចាត់ទុកថាជាសភាពទំនើបបំផុត។ បញ្ហាប្រឈមសំខាន់ៗសម្រាប់វិស័យនេះគឺការចងចាំដ៏គួរឱ្យជឿជាក់និងការផ្លាស់ប្តូរពីការស្រាវជ្រាវលើសមាសភាគបុគ្គលទៅនឹងសមាហរណកម្មទ្រង់ទ្រាយធំ។ [1]
លេខប្រសព្វ Josephson គឺជារង្វាស់នៃសៀគ្វីដែលមានលក្ខណៈប្រហាក់ប្រហែលឬមានភាពស្មុគស្មាញនៃឧបករណ៍ដែលស្រដៀងទៅនឹង ចំនួនត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលត្រូវ បានប្រើសម្រាប់សៀគ្វីបញ្ចូល។
ប្រវត្តិ
ការស្រាវជ្រាវកុំព្យូទ័រត្រូវបានអនុវត្តដោយ ភ្នាក់ងារសន្តិសុខជាតិអាមេរិក ចាប់តាំងពីពាក់កណ្តាលទសវត្សឆ្នាំ 1950 ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយភាពជឿនលឿនមិនអាចទ្រទ្រង់ដល់ ដំណើរការ នៃបច្ចេកវិទ្យា CMOS ស្តង់ដារបានទេ។ គិតត្រឹមឆ្នាំ 2016 មិនមានកុំព្យូរទ័រទំនើបទេប៉ុន្តែការស្រាវជ្រាវនិងការអភិវឌ្ឍន៍បន្ត។
ការស្រាវជ្រាវនៅពាក់កណ្តាលទសវត្សឆ្នាំ 1950 ដល់ដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 ផ្តោតលើ Cryotron ដែល បង្កើតឡើងដោយលោក Dudley Allen Buck ប៉ុន្តែសីតុណ្ហភាពរបស់អ៊ីយ៉ុងនិងសារធាតុប្រែប្រួលរវាងយឺតនិងធន់នឹងបណ្តាលឱ្យការស្រាវជ្រាវនេះត្រូវគេបោះបង់ចោល។ ក្នុងឆ្នាំ 1962 ប៊្រែនយ៉ូសែបយ៉ូសូនបាន បង្កើតទ្រឹស្ដីដែលនៅពីក្រោយ ឥទ្ធិពល Josephson ហើយក្នុងរយៈពេលពីរបីឆ្នាំ IBM បានបង្កើតចំនុចប្រសព្វរវាងយ៉ូសែបចូសឺន។ នៅពាក់កណ្តាលទសវត្សឆ្នាំ 1970 ក្រុមហ៊ុន IBM បានបង្កើត ឧបករណ៍រំខាន ដោយ អុីនធឺណែត ដោយប្រើប្រាស់បណ្តាញទាំងនេះដែលភាគច្រើនធ្វើការជាមួយ សំណដែលមានមូលដ្ឋាននិងក្រោយមកប្ដូរទៅដឹកនាំ / niobium junctions ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយកម្មវិធីនេះត្រូវបានបិទនៅក្នុងឆ្នាំ 1983 ដោយសារតែបច្ចេកវិទ្យាមិនត្រូវបានគេចាត់ទុកថាមានការប្រកួតប្រជែងជាមួយនឹងបច្ចេកវិទ្យាស្តង់ដារ Semiconductor ទេ។ ជប៉ុន ក្រសួងពាណិជ្ជកម្មអន្តរជាតិនិងឧស្សាហកម្ម បានផ្តល់មូលនិធិជាកិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងស្រាវជ្រាវ superconducting ពីឆ្នាំ 1981 ដល់ឆ្នាំ 1989 ដែលផលិត ETL-JC1 ដែលជាម៉ាស៊ីន 4-ប៊ីតប៊ីតនៃចំនួន 1000 នាក់ដោយមាន RAM ទំហំ។
នៅឆ្នាំ 1983 Bell Labs បាន បង្កើតនូវជញ្ជាំង យ៉ូសែបយ៉ូសែបដែលមាន សារធាតុ Niobium / អាលុយមីញ៉ូម ដែលអាចទុកចិត្តបាននិងងាយស្រួលក្នុងការច្នៃប្រឌិត។ ក្នុងឆ្នាំ 1985 គម្រោងតក្កវិជ្ជា អ៊ីនធឺ ណេតលឿនដែលមានល្បឿនលឿននិងប្រសិទ្ធភាពថាមពលត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវនៅ សាកលវិទ្យាល័យម៉ូស្គូ ។ ភាពជឿនលឿនទាំងនេះបាននាំឱ្យមានគម្រោង multi-threaded Hybrid Technology របស់សហរដ្ឋអាមេរិកដែលបានចាប់ផ្តើមក្នុងឆ្នាំ 1997 ដែលបានព្យាយាមវាយលុកឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកសាមញ្ញទៅជាខ្នាតគណនា petaflop ។ គម្រោងនេះត្រូវបានបោះបង់ចោលក្នុងឆ្នាំ 2000 ហើយកុំព្យូទ័រ petaflop ធម្មតាដំបូងគេត្រូវបានសាងសង់នៅឆ្នាំ 2008 ។ បន្ទាប់ពីឆ្នាំ 2000 ការយកចិត្តទុកដាក់បានប្រែក្លាយទៅជា កុំព្យូទ័រទំនើបបំផុត ។ សេចក្តីណែនាំ តក្កវិជ្ជាបដិវត្តន៍ ឆ្នាំ 2011ដោយ Quentin Herr របស់ Northrop Grumman ក៏ដូចជាថាមពលដែលមានល្បឿនលឿនតែមួយគត់ដែលត្រូវបានផលិតដោយក្រុមហ៊ុន Hypres ត្រូវបានគេមើលឃើញថាជាការជឿនលឿនដ៏សំខាន់។
ការជំរុញឱ្យមាន ការប្រើប្រាស់កុំព្យូទ័រ exascale ចាប់ផ្ដើមនៅពាក់កណ្តាលឆ្នាំ 2010 ដូចដែលបានធ្វើ ក្របខ័ណ្ឌនៅក្នុងគំនិតផ្តួចផ្តើមផ្នែកគណនេយ្យថ្នាក់ជាតិ ត្រូវបានគេមើលឃើញថាជាការបើកការស្រាវជ្រាវកុំព្យូទ័រដែលមានលក្ខណៈទំនើបដូចជាកុំព្យូទ័រ exascale ដែលមានមូលដ្ឋានលើបច្ចេកវិទ្យា CMOS ដែលត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងត្រូវការថាមពលអវិជ្ជមាន។ នេះ ស៊ើបការណ៍សម្ងាត់កម្រិតខ្ពស់គម្រោងស្រាវជ្រាវសកម្មភាព បានបង្កើតឡើងក្នុងឆ្នាំ 2006 បច្ចុប្បន្នសំរបសំរួលការ សហគមន៍ស៊ើបការណ៍អាមេរិក កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងស្រាវជ្រាវនិងអភិវឌ្ឍន៍នៅក្នុងកុំព្យូទ័រ superconducting ។
បច្ចេកទេសកុំព្យូទ័រសាមញ្ញ
ទោះបីជាមានឈ្មោះបច្ចេកទេសទាំងនេះជាច្រើនដែលមានពាក្យ "កង់ទិច" ក៏ដោយក៏វាមិនមែនជាវេទិកាសម្រាប់ ការគណនាបរិមាណនោះ ទេ។ [ ត្រូវការអំណះអំណាង ]
ចរន្តអ៊ីណុករហ័ស (RSFQ)
ប្រែប្រួលយ៉ាងឆាប់រហ័សកង់ទិចតែមួយ (RSFQ) ត្រូវបានបង្កើត superconducting តក្កនៅសហភាពសូវៀតក្នុងឆ្នាំ 1980 ។ ពត៌មានត្រូវបានអនុវត្តដោយវត្តមានឬអវត្តមាននៃ quantum flux តែមួយ (SFQ) ។ នេះជា ការប្រសព្វ Josephson ត្រូវបាន កាត់បន្ថយការសំខាន ់, ជាធម្មតាដោយការបន្ថែមនៃ resistor shunt មួយទំហំបានត្រឹមត្រូវដើម្បីធ្វើឱ្យពួកគេប្តូរដោយគ្មាន hysteresis មួយ។ សញ្ញានាឡិកាត្រូវបានផ្តល់ទៅច្រកទ្វារឡូជីខលដោយការចែកចាយវ៉ុល SFQ ដាច់ដោយឡែកពីគ្នា។
ថាមពលត្រូវបានផ្តល់ដោយចរន្តលំអៀងដោយចែកចាយដោយប្រើតង់ស្យុងដែលអាចប្រើប្រាស់ច្រើនជាងថាមពលអគ្គិសនី 10 ដងច្រើនជាងថាមពលដែលប្រើសម្រាប់គណនា។ ភាពសាមញ្ញក្នុងការប្រើប្រេកង់ដើម្បីចែកចាយចរន្តអាចជាគុណសម្បត្តិនៅក្នុងសៀគ្វីតូចៗហើយ RSFQ នៅតែត្រូវបានប្រើសម្រាប់កម្មវិធីជាច្រើនដែលមានប្រសិទ្ធិភាពថាមពលមិនមានសារៈសំខាន់ខ្លាំង។
RSFQ ត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតសៀគ្វីពិសេសសម្រាប់ឧបករណ៍ដែលមានចរន្តខ្ពស់និងកម្មវិធីដែលមានតួលេខជាច្រើនដូចជាឧបករណ៍ទាក់ទងនិងដំណើរការសញ្ញាឌីជីថល។
junction Josephson នៅក្នុងសៀគ្វី RSFQ ត្រូវបានលំអៀងស្របគ្នា។ ដូច្នេះភាពលំអៀងសរុបបច្ចុប្បន្នកំពុងកើនឡើងតាមលំដាប់លំដោយនៃប្រសព្វ Josephson ។ បច្ចុបន្ននេះបងា្ហាញពីការកំណត់ចម្ោនលើវិសាលភាពសមាហរណកម្មសៀគ្វី RSFQ ដ្លមិនលើសពីចនោ្លាះ Josephson រាប់ពាន់នាក់ក្នុងមួយសៀគ្វី។
LR-RSFQ
ការកាត់បន្ថយរេស៊ីស្តរ (R) ដែលត្រូវបានប្រើដើម្បីចែកចាយចរន្តនៅក្នុងសៀគ្វី RSFQ ប្រពៃណីនិងបន្ថែមអាំងឌុចស័រ (L) នៅក្នុងស៊េរីអាចកាត់បន្ថយការបំផ្លិចបំផ្លាញថាមពលឋិតិវន្តនិងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពថាមពល។
ប្រេកង់ទាប RSFQ (LV-RSFQ)
ការកាត់បន្ថយវ៉ុលលំអៀងនៅក្នុងសៀគ្វី RSFQ ប្រពៃណីអាចកាត់បន្ថយការបំផ្លិចបំផ្លាញថាមពលឋិតិវន្តនិងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពថាមពល។
បច្ចេកវិទ្យាថាមពល Quantum តិចតួចប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពថាមពល (ERSFQ / ESFQ)
logic តិត្ថិភាពអតិបរិតែមួយដែលមានប្រសិទ្ធិភាព (ERSFQ) ត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីលុបបំបាត់ការបាត់បង់ថាមពលឋិតិវន្តនៃ RSFQ ដោយការជំនួសភាពទោរទន់ទៅនឹងអាំងតេក្រាលដោយអាំងឌុចស្យុងនិងចំនុចយ៉ូសឹនសុន។
តក្កកម្ម Quantum Flux តែមួយ (ESFQ) មានប្រសិទ្ធិភាពក៏ត្រូវបានបំពាក់ដោយចរន្តដោយផ្ទាល់ដែរប៉ុន្តែខុសគ្នាពី ERSFQ នៅក្នុងទំហំនៃអាំងឌុកឃែដែលកំណត់អ័ក្សអាតូមនិងរបៀបដែលការកំណត់យ៉ូសែបយ៉ូសឹនត៍ត្រូវបានកំណត់។
តក្កវិទ្យា Quantum Reciprocal (RQL)
តក្កវិទ្យា Quantum Reciprocal Quantum Logic (RQL) ត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីជួសជុលបញ្ហាមួយចំនួននៃ RSFQ logic ។ RQL ប្រើ គូ ច្រវ៉ាន់ នៃ SFQ បដិវត្តន៍ ដើម្បីអ៊ិនកូដឡូជីខល '1' ។ ទាំងពីរអំណាចនិងនាឡិកាត្រូវបានផ្តល់ដោយពហុដំណាក់កាល ជំនួស សញ្ញា បច្ចុប្បន្ន ។ ច្រក RQL មិនប្រើប្រតិកម្មដើម្បីចែកចាយអំណាចហើយដូច្នេះ dissipate អំណាចឋិតិវន្តសេចក្តីធ្វេសប្រហែស។ [14]
ច្រក RQL សំខាន់រួមមាន: Andor, AnotB កំណត់ / កំណត់ឡើងវិញ (ជាមួយ readout nondestructive) ដែលរួមគ្នាសំណុំសំណុំតក្កសកលនិងផ្តល់សមត្ថភាពសតិ។
adiabatic កង់ទិចអាចមានលក្ខណៈប្រែប្រួល Parametron (AQFP)
តំរូវការឌីជីថលលំហូរឌីជីថលឌីជីថល Adiabatic Quantum (AQFP) ត្រូវបានបង្កើតឡើងសម្រាប់ដំណើរការថាមពលប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនិងត្រូវបានបំពាក់ដោយចរន្តឆ្លាស់។
បច្ចេកវិទ្យាគណនា Quantum
Superconducting កុំព្យូទ័រគឺជាការអនុវត្តជោគជ័យនៃ ពកង់ទិច បច្ចេកវិទ្យាដែលជាប់ពាក់ព័ន្ធនឹង nanofabricated superconducting អេឡិចត្រូ គូតាមរយៈ ការប្រសព្វ Josephson ។ ដូចនៅក្នុងអេឡិចត្រូតដែលមានលក្ខណៈទំនើបបំផុតដំណាក់កាលនិងបន្ទុកគឺជា អថេរផ្សំ ។ វាមានបីក្រុមគ្រួសារនៃ qubits ទំនើបដែលអាស្រ័យលើថាតើបន្ទុក, ដំណាក់កាលឬទាំងពីរនៃទាំងពីរគឺលេខល្អ។ ទាំងនេះត្រូវបានហៅថារៀងគ្នា qubits បន្ទុក, qubits អាចមានលក្ខណៈប្រែប្រួល និង qubits កូនកាត់។
EmoticonEmoticon