【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★]

**すらいむ ★** · 2021/01/15(金) 10:58:47.93

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 19:20:19.36

>>36
海に沈めるってのはマイクロソフトがやってたはず。

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 19:31:56.23

>>5
冷却入れて80倍

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 19:35:53.33

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 19:40:16.21

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 20:03:47.82

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 20:08:04.04

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 20:27:37.29

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 20:41:48.81

クエンチしたら、一瞬で壊れそう

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 20:47:53.76

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 21:27:39.27

また死の谷から這い上がれなさそうな研究かw

**名無しのひみつ** · 2021/01/15(金) 23:28:28.10

どうせ盗まれるよ
ハッキングし放題だから

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 01:56:36.50

液体ヘリウムのお守りが大変そうですね・・・。

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 05:00:02.88

>>5
月の地下で使うんだよ

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 10:36:42.64

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 11:10:06.52

>>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

神 · 2021/01/16(土) 13:28:18.32

日本が世界最先端だからね（笑）

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 13:44:31.82

宇宙開拓時代までお蔵入りかな

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 13:51:18.86

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。

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 13:57:38.04

※だが実用では使えない

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 14:04:29.20

発売してからにしろよ

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 14:23:39.69

日本の大学が発明して中国の企業が特許を取ります。

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 14:25:18.22

>>27
二度と？
もう解決したんけ

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 14:27:58.54

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？

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 14:44:08.37

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 14:58:17.94

車の自動運転、1チップで　ルネサスが半導体量産へ　
https://www.nikkei.com/article/DGXZQODZ21CUH0R21C20A2000000

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 15:11:38.64

趣味の超電導。

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 15:31:11.99

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 15:46:15.45

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。

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 16:06:04.14

さすがスーツ交通

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 16:17:18.27

この手のは温度管理コストがネックなのは昔からｗ

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 17:49:47.03

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？

**名無しのひみつ** · 2021/01/16(土) 18:54:14.24

>>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？

**名無しのひみつ** · 2021/01/17(日) 00:24:06.30

293ケルビン/４ケルビン＝７３
７３－１＝７２

**名無しのひみつ** · 2021/01/17(日) 07:22:36.84

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 00:33:20.83

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 01:01:29.11

超電導
はい解散

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 01:11:46.35

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 01:15:18.83

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 01:25:50.30

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 01:27:33.01

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？

**名無しのひみつ** · 2021/01/18(月) 08:27:59.92

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/20(水) 20:21:26.53

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。

**名無しのひみつ** · 2021/01/21(木) 01:17:57.36

＞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

**名無しのひみつ** · 2021/01/22(金) 04:51:50.71

宇宙にデータセンター置けば

**名無しのひみつ** · 2021/01/22(金) 13:28:07.28

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/23(土) 09:21:32.80

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。

**名無しのひみつ** · 2021/01/23(土) 09:30:07.29

>>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。

**名無しのひみつ** · 2021/01/23(土) 10:05:25.14

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

**名無しのひみつ** · 2021/01/27(水) 07:45:28.85

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。

**名無しのひみつ** · 2021/01/27(水) 13:27:19.07

>>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

**名無しのひみつ** · 2021/01/27(水) 13:38:14.44

>>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？

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