【ハードウェア】従来のCPUと比べて80倍高効率な超電導マイクロプロセッサを日本の研究グループが開発 横国大 [すらいむ★]
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従来のCPUと比べて80倍高効率な超電導マイクロプロセッサを日本の研究グループが開発
CPUやGPUといったマイクロプロセッサの性能は年々向上していますが、同時に消費電力も増加する傾向にあります。世界中のデータセンターが消費する電力の合計は、2020年には世界の電力の2％に達しており、2030年までに8％を占めるまで増加すると予測されているため、マイクロプロセッサの省電力化は大きな課題となっています。
そんな中、日本の研究チームが、従来のCPUの80倍の電力効率で動作する超電導マイクロプロセッサの開発に成功しました。
Superconducting Microprocessors? Turns Out They’re Ultra-Efficient - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/new-superconductor-microprocessor-yields-a-substantial-boost-in-efficiency
MANA: A Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture Microprocessor Using 1.4-zJ/op Unshunted Superconductor Josephson Junction Devices
(PDFファイル)https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&;arnumber=9295318
横浜国立大学の研究グループは、特定の金属を非常に低い温度まで冷却すると抵抗がゼロになる超伝導を利用することで、微小なエネルギーで動作可能な低消費エネルギー論理回路「断熱磁束量子パラメトロン(AQFP)回路」を用いて超電導マイクロプロセッサの設計に取り組みました。
その結果、AQFP回路を一万基以上搭載した超電導マイクロプロセッサ「Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture(MANA)」の開発に成功したと発表しています。
（以下略、続きはソースでご確認下さい）
Gigazine 2021年01月14日 16時00分00秒
https://gigazine.net/amp/20210114-superconductor-microprocessor MANAは超電導体を用いて設計されているため4.2K(約マイナス269℃)まで冷却しなければ動作しません。 大学が開発に成功した→なかなか商品にはなりません。 電力消費削減効果て−２６９度を維持する電力は計算に入ってるのかよ 特定の金属を非常に低い温度まで冷却すると抵抗がゼロになる超伝導を利用することで、
なにがしたいんだ？理科の実験？(# ﾟДﾟ) >>5
これ･･･
とはいえ、基礎研究は何に役立つかわからんから･･･ データセンターのサーバー用にとても良いが冷やすのメチャ大変やん
残念ながら家庭用には普及できる見込みなしだな CPUが省電力でも冷却で電力喰いなんじゃないのかな。 ケーブルの先端にチップだけ取り付けて冷やすんだから今までより簡便ってことだろ 現行CPUと比べて性能は同じで消費電力が3分の2なんて量産商品の開発はしないのかな
CPUのメーカーさんは 家庭用PCも高スペックになるが消費電力も上がってきてるから
こういうとこに技術を入れろ この手のニュースはよく聞くがそれが実用化されたことはあるのか 製品化されて、一気にシェアを拡大するまで黙っとけばいいのに
すぐ製作技術を盗まれるんじゃないか MANAマイクロプロセッサは液体ヘリウムレベルの温度を必要とするため、
極低温冷却システムを使用できるデータセンターやスーパーコンピュータなどの
大規模なコンピューティングインフラストラクチャに適しています。
https://spectrum.ieee.org/image/Mzc1MDY3Mg.jpeg
（冷却システムの一部らしい）
・・・・・どうなんだろうねこういうの。
室温程度で使用できる超伝導素材とかいつになるの？ 大規模なデータセンターとかなら節電量が冷却コストを上回るかもね
家庭用だとM1チップがすげー省電力らしいからチップセット化を進めて省電力にするのが現実的かな 外国に技術取られそう
なんなら青田買いで全部もってかれそう >>18
超伝導はエントロピーが最小化する極低温で発現するものだから
原理的にありえないのでは？ >>9
まともな神経だと研究すらしようと思わないだろうから、むしろこいつら凄いわ エネルギー革命と最先端医療に関するニュースは一向に実用化に至らないなｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗ 冷却に消費する電力を差し引いても８０倍の省電力ってホンマ？ 超電導のCPUは科学者の夢だからね
4.2Kなら液体ヘリウムで達成できるから難易度は高くない
是非実用化を目指して欲しい >>1
いいからインテルはx86系プロセッサの脆弱性対策済みCPUを販売しろよ
過去資産との互換性をぶった切るような新開発をしようとするんじゃない
specter騒ぎを二度と起こすな きちんと断熱した系なら、原理的には機器の発熱分を冷却できればいいわけだからね
仮に実用化できても小さな容積にしか適用できなさそうだけど いったん超電導状態になればプロセッサの発熱はなくなるから
あと環境温度のぶんだけ冷却すればいい
プロセッサがずっと熱源である続ける従来型よりはずっと高効率だな
微細化のハードルが高そうだけど 確かに発熱は1%とかじゃなくて0に限りなく近づくんだっけな
超伝導はループ状態にしても年単位で損失ないから 直接電池にできるくらいだし
コスト的にも釣り合うのかもしれない
発熱させて冷却するより 発熱を0にする方が簡単か
だが、液体ヘリウムの供給系を99.999%の安定稼働にするのがきついのでは？ >>30
何もせずに一定の電流ながしてるだけならね
CPU動作させるなら何かしら電力使うだろ マイナス269度は絶対温度4ケルビン。
常温摂氏20度は絶対温度293ケルビン。
その絶対温度の比は293/4＝約73倍。
さて、理想的な熱機関でもって低温側（4ケルビン）で発生する熱をくみ上げて
高温側（293ケルビン）に棄てると、その熱効率は73倍。
つまり，低温側で1ジュールの熱量が発生していたら、それを排熱すると、
高温側では73倍の熱量になってしまう。また配線などを通じて外部から
熱が入り込むのをくみ出して棄てるのもこの大きな倍率で努力が要る。
だから、魔法瓶のようなガラスの内側を銀メッキしたような多層の容器に
入れて、周囲を（比較的安価な）液体窒素で冷やし、その内側に液体ヘリウムを
入れて、。。。とするも、超伝導ではない部分の配線などから電気抵抗で熱が
出る。むしろマイクロ波で通信をした方が良いかもしれないが、銀メッキが
それを阻む。そうなると光ファイバーだが、超低温で動作するLEDとかあるの
かね？ >>33
お前半導体が熱機関で動いてると思ってんのかよ クーラントに液体窒素
全部蒸発したら作業は強制終了
ってことで実用化できないか ＞超伝導を利用することで
冷却に電力使ってるからトータルで省電力になってねーんじゃねーの？ >>41
超伝導を起こす為のコストと発熱冷却のコストは別物 >>24
理論的には同電力で80倍の速度出せるだろ >>1
こういうのたまに見かける
しかしPCショップとかで流通したこと無いんですけど ？？「超電導は軍事利用に応用できる技術のためこれ以上の研究は認めません。」 >>40
77Kでも超電導を維持できる素材で作れたらワンチャン 断熱磁束量子パラメトロン(AQFP)回路
だんねつじそくりょうしぱらめとろんかいろ
なんだか舌がまわらん ＞従来のCPU
横国の研究室で使ってる5年前のノートPCってオチじゃないよね
これて、現場の製造が、台湾や他国の技術開発については
利用されてしまわないということが、重要だな。韓国や中国
のような技術パクリならば、許せるのだが。
大学のような、公開が基本の研究は全く意味の無いことだ。
大学にたいしての巨額研究費については、やはり大きな難があるよ。
だいたいが、大学から、アホ公開精神を受け継いでいる
アホ大阪企業も、超多いのだからな。
これて、現場の製造が、台湾や他国の技術開発については
利用されてしまわないということが、重要だな。韓国や中国
のような技術パクリならば、許せるのだが。
大学のような、公開が基本の研究は全く意味の無いことだ。
大学にたいしての巨額研究費については、やはり大きな難があるよ。
だいたいが、大学から、アホ公開精神を受け継いでいる
アホ大阪企業も、超多いのだからな。
>特定の金属を非常に低い温度まで冷却すると抵抗がゼロになる超伝導を利用することで
あ。。はい・・そうですね
何だ、これは！ これて、現場の製造が、台湾や他国の
技術開発については利用されてしまわないということが、重要だな。
韓国や中国がやっているような技術パクリならば、許せるのだが。
大学のような、公開が基本の研究は全く意味の無いことだ。
大学にたいしての巨額研究費については、やはり大きな難があるよ。
だいたいが、大学から、アホ公開精神を受け継いでいる
アホ大阪企業も、超多いのだからな。
何だ、これは！ これて、現場の製造が、台湾や他国の技術開発に
ついては利用されてしまわないということが、重要だな。韓国や
中国がやっているような技術パクリならば、許せるのだが。
大学のような、公開が基本の研究は全く意味の無いことだ。
大学にたいしての巨額研究費については、やはり大きな難があるよ。
だいたいが、大学から、アホ公開精神を受け継いでいる
アホ大阪企業も、超多いのだからな。
まあ発熱なくなるなら集積はしやすいかもね。あとは全体を冷凍庫へ突っ込んどけばok 勝手にパフォーマンスがインフレ起こして
おかげで値段が高くなって買えないという >>1
CPUだけ液体ヘリウムに冷やすと
線長が長くなって、システム全体の高速化が難しい
https://spectrum.ieee.org/image/Mzc1MDY3Mg.jpeg
Superconductor Josephson Junction Device で
メモリー、システムバス、I/O を作って全体が液体ヘリウムに浸かれるように頑張って欲しい 電力効率は80倍ですが、動作速度は1/80ですってオチ？ 元記事読むと面白そうだね
頑張って商品化して欲しいな 神武天皇が掛けた日本不滅の呪い。世界最長国、日本の作り方。詳細編 EP4
「邪馬台国の太子」
https://youtu.be/TrhXy_3v4qc >>21
一応水素原子に超高圧をかけて個体の金属水素にする事ができるなら常温でも超伝導になるだろうと予想はされている
液体金属水素でも電気は流れるようだが どんな凄いもの作ってもシナチョンに全て流れる逝くんだよね？売国奴がすぐに売るからさ >>36
海に沈めるってのはマイクロソフトがやってたはず。 性能が80倍ではなくて、電力効率が80倍ね。。
基礎研究の段階だから、実用化はまだまだね どんなに高性能なCPU作ろうがメモリ作ろうが
超従順なAIがどんな要求も受け入れてくれる超リアルなラブドールが
20万円以下で実現しなけりゃ何の意味もない >>17
来年度の予算対策だろ国から金でてるんだから
無駄飯食ってるわけではないアピール >>36
宇宙は温度こそ低いが排熱は困難らしい
空気がないから魔法瓶と同じ理屈だね
あと日光を遮り続ける軌道は困難だろう >>20
読めば読むほど、イラネー感がある
そもそも電気効率なんて日本しか興味持たない分野 個人では使えないレベルでそれなりの施設が要るのなら、発生する熱を利用してスーパー銭湯を併設するのはどうだろう >>91
人口あたりのMRI保有台数世界一の国で
液体ヘリウムの取り扱いが問題になりますかね >>21
エントロピーって温度とは独立の変数だよ
超伝導もBCS理論とかあると思うけどエントロピーと直接の関係はないよ 非可逆な論理演算を有限の速度（たとえば数ギガヘルツ）で
論理スイッチング素子する以上は、必ず熱が発生する。
その熱を棄てなければ、温度が上がり、いずれは超伝導素子の
超伝導が破れてしまう。だから冷却が必要だが、
最も理想的に冷却したとして 0 ＝ ΔS = ΔQ_1/T_1 − ΔQ_2/T_2
ここで添字1は低温側、添字2が高温側とすると、
ΔQ_2/ΔQ_1＝T_2/T_1
ここでTは絶対温度（ケルビン）による温度。
つまり低温側（液体ヘリウム温度T_1＝4ケルビン）
で発生した熱ΔQ_1を高温側（常温T_2＝摂氏20度＝293ケルビン）
に棄てると、熱量がT_2/T_1 = 293/4=73倍になる。
これは最も理想的に冷却をする場合（エントロピーの余計な増加なし）
であって、それだと無限にゆっくり冷やす場合だし、実際にはいろいろな
ところから無駄に熱が漏れて入ってきたりするのでもっと熱を棄てて
やらないと4度を保てない（あるいはヘリウムがドンドンと蒸発する）。
気化した4Kのヘリウムガスを冷凍装置で冷却すると、理想的にやっても
低温側で発生した熱量の73倍の熱量を常温側で除去しないとならないのだ。
たとえ回路がまったく熱を発生しないものであっても、外部から流入する
熱を低温側から高温側にくみ上げると熱量が73倍（以上）になることを
熱力学が教えてくれるのだ。 低温にするのにものすごくエネルギーがかかる
とかいうオチはないの？ >>3
商品化はしているんじゃないか？ 日本企業のケースは少ないかもしれんが アメリカに潰されて盗まれるんだろうな
トラップ仕掛けようぜ 低温側で1ミリワットの電力を消費していたらその熱を除去するのには
72ミリワット以上の電力が要る。これは全く理想的な状況であり、
実際には低温側に入り込んでくる熱を常に除去し続けるための電力・エネルギーは
馬鹿にならない（非常に大きい）。極低温液体を維持し続けるための装置は
大きく、かなりの電気を食う。
そのようなデメリットがあっても、もしも動かそうとしているのが量子計算機ならば、
通常のデジタル計算機では現実的には不可能な計算ができるだろうと期待されている
ので、低温の維持にうんと電力を掛けてでもやろうとする。 それにしても、産業総合研究所でもなく、富士通やNECや日立でもなく、
理研でも東大でもなくて、いかに国立大学だとはいえども
なぜ横浜国立大学などにこのようなことができてしまうのだろうか？
極低温で動作するジョセフソン計算機はかつてIBMも長年やっていたが、
CMOSの性能向上のトレンドを見て、放棄した。日本の通産省はその後も
しばらくやっていたが、最近はもうやめたのかなと思っていたが、その
あたりの事情はどうだったのだろうか？ >>107
>低温側で1ミリワットの電力を消費していたらその熱を除去するのには
72ミリワット以上の電力が要る。
どこからその比率が出てくるの？ 日本の大学研究グループにシナ人の一人や二人いるのがフツーになってしまってから久しいのが怖い >>18
室温程度と言っていい摂氏15度で超伝導はもうできてるが
267GPa必要なだけで 超電導の維持とかめんどくさすぎませんかね・・・
施設が必要なレベルじゃねーの 施設が必要なコンピュータシステムは、ここ数十年たくさん稼働してるよ 昔からいっぱいあるやつだろ
研究室の中では夢のようなスペックがうたわれるけど実際に商品化されないやつ 昔から思ってたのだけど、CPUってどんな計算結果でも
処理負荷が同じなら発熱量も同じ？それなら、暖房器具ってもったいなと。
計算やらせて発熱させた方が世の中全体としては省エネじゃないかなって。
違うのかな？ >>116
液体ヘリウム使うだけだからそれほどでもないよ
近年はヘリウムが貴重で回収して再利用してるけどそれを含めても施設レベルは不要 119は正しい。もしも暖房用にニクロム線ヒーターの電熱器を使うと、
電気エネルギーを熱にするだけだ。
100ワットの電力を投入すれば毎秒100ジュールの熱になる。
もしも暖房用にインテルのCPUをのせたパソコンを100Wを消費する
プログラムを走らせ続けていたら、最終的にはその電力は毎秒100ジュールの
熱になる。
しかし暖房用に、ヒートポンプを使うと、100Wの電力でヒートポンプを
回して外部から熱を室内に汲み入れるのならば、毎秒100ジュールよりも
多くの熱を室内に入れることができるのだ。 ＞119
人間の居住域に人口で重みを付けて全体をみたら、1年のうち
演算の排熱をエアコンで除去しなければならない期間の方が長い。動機が弱い
データセンターは分散させるよりも集中させた方が色々な面で有利だが
一方、暖房に使うなら温めたい各所に分散している必要がある、という矛盾もある >>123
宇宙って放射冷却しかできんからどんどん熱が溜まってしまいそう ジョセフソン素子だと、1980年ぐらいに作ったのは1000倍高効率だと
説明されていたが、サイズが 10cm ｘ 10cm ｘ 10cmの範囲に収まらないと
使い物にならないという話だった。
開発が中止されたのは、主記憶がその速度で動かせるものを作れないから。
いまのDRAMだって1980年代の2倍ぐらいしかコンデンサの蓄電と放電の
サイクルは早くなっていないね。 >>124
たとえば、二重の真空熱遮断の窓で
窓の大きい部屋で遮光カーテンしているのとカーテンしていないのでは、
恐ろしく暖房効率違う。
放射冷却は温度収支の平均値で行われるので日光に当たっている時点で
冷却は望めないけど永久日陰みたいな部分では熱電動で周囲から迂回する
熱があっても、たとえば水星の永久日陰のクレータ内では氷が発見されている。
放射冷却はかなり冷えるよ、ただ前提で日光を浴びないという前提が必要だけど。 量産化と企業の導入までには高い高い高い高い壁がある むかしCDCが潰れる前の末期に、ETA-10というCMOSの大型スーパー計算機を
開発して出して来た。それは空冷と液冷が選べて、液冷のものは液体窒素に
CPUを浸けて冷やすことで、CMOSの動作周波数を上げることで性能を稼げる
というものだったが、液体窒素を確保しないといけないし、漏れ出て酸欠のリスクに
注意をしないといけないし、故障などでメインテナンスする場合に、ゆっくりと
温度を上げたり下げたりしなければならず、作業に時間が掛かって、しかも
概して温度変化で故障する傾向があったのだった。 >>18
詐欺だな
>>29
>いったん超電導状態になればプロセッサの発熱はなくなる
ねーよ
>>33
冷却の効率は理想的な場合でもTc/(Th-Tc)だから、液体ヘリウム温度だと、
>>1
>従来のCPUの80倍の電力効率
が、丁度ふっとぶ程度だなwww
>>128
液冷のが東工大に入ってたぞ >>125
>サイズが 10cm ｘ 10cm ｘ 10cmの範囲に収まらないと
>使い物にならないという話だった。
そりゃ、伝播遅延が大きくなるからな、だから、実は今のコンピュータはあまり使いものになってない
>開発が中止されたのは、主記憶がその速度で動かせるものを作れないから。
例えばCRAY-1の主記憶はSRAM（論理回路と同じ速度で動作する）だったのに、なんだそのデマ？ ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
