นักวิจัยจาก Yokohama National University ประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ต้นแบบ AQFP 4 บิตชื่อMANA (Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture)เพื่อรับมือกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในการใช้พลังงานในการคำนวณ ไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่นี้ได้รับการพัฒนาโดยใช้ตัวนำยวดยิ่งที่ประหยัดพลังงานมากกว่าประมาณ 80 เท่าของไมโครโปรเซสเซอร์ของระบบคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีอยู่
โปรเซสเซอร์ใหม่ทำโดยใช้ไนโอเบียม / อะลูมิเนียม Josephson Junctionsและทำงานที่ 4.2Kโดยใช้โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิตอลตัวนำยิ่งยวดที่ประหยัดพลังงานเรียกว่าอะเดียแบติกควอนตัม - ฟลักซ์ - พารามีตรอน (AQFP) เป็นส่วนประกอบสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษและฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์อื่น ๆ สำหรับศูนย์ข้อมูลรุ่นต่อไป และเครือข่ายการสื่อสาร
ตามที่รองศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติโยโกฮาม่าและหัวหน้าผู้เขียนการศึกษาคริสโตเฟอร์อายาลา กล่าวว่า“ โครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารดิจิทัลที่รองรับยุคสารสนเทศที่เราอาศัยอยู่ในปัจจุบันใช้พลังงานไฟฟ้าประมาณ 10% ของโลก การศึกษาชี้ให้เห็นว่าในสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดหากไม่มีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในเทคโนโลยีพื้นฐานของโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารของเราเช่นฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ขับเคลื่อนเครือข่ายการสื่อสารเราอาจเห็นการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 50% ของไฟฟ้าทั่วโลกภายในปี 2573”
AQFP มีความสามารถในการประมวลผลทุกด้าน ได้แก่ การประมวลผลข้อมูลและการจัดเก็บข้อมูล นอกจากนี้ส่วนประมวลผลข้อมูลของไมโครโปรเซสเซอร์สามารถทำงานได้ถึงความถี่สัญญาณนาฬิกาที่ 2.5 GHzซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มเป็น 5-10 GHz ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติมในวิธีการออกแบบและการตั้งค่าการทดลองโดยทีมงาน
ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัวนำยิ่งยวด AQFP ต้องการพลังงานเพิ่มเติมเพื่อทำให้ชิปเย็นลงจากอุณหภูมิห้องลงเหลือ 4.2 เคลวินเพื่อให้ AQFP เข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด แม้จะมีค่าใช้จ่ายในการทำความเย็น แต่ AQFP ก็ยังคงประหยัดพลังงานได้มากกว่า 80 เท่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำสมัยที่พบในชิปคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ทีมงานวางแผนที่จะปรับปรุงเทคโนโลยีรวมถึงการพัฒนาอุปกรณ์ AQFP ที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นการเพิ่มความเร็วในการทำงานและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้นผ่านการคำนวณแบบย้อนกลับ นอกจากนี้ยังมีแผนที่จะปรับขนาดแนวทางการออกแบบให้พอดีกับอุปกรณ์ให้มากที่สุดในชิปตัวเดียวและใช้งานอุปกรณ์ทั้งหมดได้อย่างน่าเชื่อถือที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูง นอกจากนี้ทีมงานจะตรวจสอบว่า AQFPs สามารถช่วยในแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์อื่น ๆ เช่นฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ neuromorphic สำหรับปัญญาประดิษฐ์และแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้อย่างไร
การศึกษานี้ตีพิมพ์ใน IEEE Journal of Solid-State Circuits ซึ่งคุณสามารถรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับไมโครโปรเซสเซอร์ AQFP MANA