MIT создал сверхэкономичную память для криогенных компьютеров нового поколения

По информации сообщает Pravda.Ru, инженеры Массачусетского технологического института совершили заметный шаг вперед в области криогенной электроники. Им удалось разработать масштабируемую память на основе сверхпроводящих нанопроволок, которая расходует энергии в тысячу раз меньше, чем современные аналоги.

Современные вычислительные центры сталкиваются с серьезной проблемой: огромные объемы энергии уходят на преодоление сопротивления в полупроводниках, а большая часть этой энергии превращается в тепло. Сверхпроводниковые технологии обещают решить этот вопрос, но до недавнего времени не существовало компактной и надежной памяти, способной работать при экстремально низких температурах, необходимых для сверхпроводящих процессоров.

Инженеры MIT предложили принципиально новый подход. Вместо традиционных джозефсоновских переходов и геометрической индуктивности, они использовали кинетическую индуктивность - свойство, возникающее из-за инерции электронов в сверхпроводнике. Это позволило создать ячейки памяти на основе тончайшей пленки нитрида ниобия, толщиной всего 23 нанометра. Такой подход не только уменьшил размеры ячеек, но и снизил энергозатраты до десятков фемтоджоулей.

Для управления записью и чтением информации применен миниатюрный электротермический переключатель - hTron. Он работает за счет резкого изменения свойств материала при нагреве до критической температуры, что позволяет точно контролировать направление тока в петле и кодировать данные.

В ходе экспериментов команда создала матрицу из 16 ячеек с возможностью адресации каждого бита отдельно. Для стабильной работы в плотных массивах был внедрен переменный кинетический индуктор, который компенсирует тепловые колебания.

Испытания при температуре 1,3 Кельвина показали впечатляющие результаты: вероятность ошибки снизилась до 0,00001 на частоте 1 МГц, а энергопотребление при записи и чтении составило 46 и 31 фемтоджоуль соответственно. Это в тысячи раз меньше, чем у современных чипов. Кроме того, память сохраняет данные без питания более 20 секунд, что подтверждает ее энергонезависимость.

Текущая плотность хранения - 2,6 мегабита на квадратный сантиметр - лишь начальный этап. С дальнейшим уменьшением ширины проволок и совершенствованием технологий этот показатель может вырасти в десятки раз, приблизившись к стандартам коммерческой памяти.

Еще одно преимущество - совместимость с существующими производственными процессами на кремниевых подложках, что облегчает переход к массовому выпуску. Новая память особенно актуальна для квантовых компьютеров, где размещение управляющей электроники рядом с процессором минимизирует тепловой шум и ускоряет обработку данных.

Разработка MIT демонстрирует, что использование кинетической индуктивности открывает путь к созданию масштабируемых и энергоэффективных систем. Это достижение может стать основой для будущих вычислительных архитектур, где тепло перестанет быть главным ограничением производительности.