Es 80 veces más eficiente que el microprocesador que estás usando para leer esto

Investigadores de Japón han desarrollado un nuevo tipo de microprocesador superconductor que utiliza mucha menos energía que los microprocesadores actuales. Esas son buenas noticias para ti y para el planeta.

Nuestro uso de computadoras y teléfonos inteligentes ha crecido enormemente en los últimos años. Es difícil siquiera imaginar cómo sería la vida hoy en día sin estos dispositivos (que se utilizan no solo para la comunicación y el disfrute, sino que también tienen importantes funciones económicas).

Pero esto ha tenido un costo. No se trata solo de los materiales que usamos para crear estos dispositivos, sino también de la electricidad que usan estos dispositivos. Esta cifra ha aumentado cada vez más, hasta el punto en que se están construyendo centros de datos cerca de lagos y ríos para ayudar a enfriarlos.

Alrededor del 10% del uso mundial de electricidad se destina a las comunicaciones electrónicas, dicen los investigadores, y se espera que esa cifra crezca.

"La infraestructura de comunicaciones digitales que respalda la era de la información en la que vivimos actualmente utiliza aproximadamente el 10% de la electricidad mundial. Los estudios sugieren que, en el peor de los casos, si no hay un cambio fundamental en la tecnología subyacente de nuestra infraestructura de comunicaciones como el hardware informático en los grandes centros de datos o la electrónica que impulsa las redes de comunicación, es posible que veamos que su uso de electricidad aumentará para 2030 a más del 50% de la electricidad global", dice Christopher Ayala, profesor asociado de la Universidad Nacional de Yokohama y autor principal del estudio.

Para abordar este problema, un equipo de investigadores se propuso diseñar una estructura extremadamente eficiente con el deslumbrante nombre de Parametrón de Flujo Cuántico Adiabático (AQFP, adiabatic quantum-flux-parametron). En termodinámica, algo es "adiabático" si ocurre sin transferir calor o masa al entorno. Un parametrón de flujo cuántico es esencialmente un sistema lógico digital basado en la superconductividad.

Equipado con este AQFP eficiente, el equipo lo utilizó como un bloque de construcción para microprocesadores de alto rendimiento de bajo consumo, demostrando su nuevo procesador en un nuevo documento. Es 80 veces más eficiente y escalable, explica el equipo.

"Estas demostraciones muestran que la lógica AQFP es capaz tanto de procesamiento como de operaciones de memoria y que tenemos un camino hacia la computación adiabática práctica que opera a altas velocidades de reloj mientras disipa muy poca energía", escriben los autores del estudio.

procesador AQFP

La demostración muestra que el AQFP es capaz de "todos los aspectos de la informática", explica Ayala, es decir, el procesamiento y el almacenamiento de datos. Puede tener una frecuencia de hasta 2,5 GHz, lo que lo hace comparable a las tecnologías existentes en la actualidad. "Incluso esperamos que esto aumente a 5-10 GHz a medida que realizamos mejoras en nuestra metodología de diseño y nuestra configuración experimental", dijo Ayala.

Pero hay una pequeña trampa: los superconductores necesitan temperaturas muy frías para funcionar. Esto significa que los chips, por defecto, necesitarían más energía para enfriarse. Resulta que, incluso cuando se tiene en cuenta esta potencia adicional, los dispositivos siguen siendo más eficientes.

"El AQFP es un dispositivo electrónico superconductor, lo que significa que necesitamos energía adicional para enfriar nuestros chips desde la temperatura ambiente hasta 4.2 Kelvin para permitir que los AQFP entren en el estado superconductor. Pero incluso si se tiene en cuenta esta sobrecarga de enfriamiento, el AQFP sigue siendo aproximadamente 80 veces más eficiente en cuanto a energía en comparación con los dispositivos electrónicos semiconductores de última generación que se encuentran en los chips de computadora de alto rendimiento disponibles en la actualidad".

Por supuesto, todavía existen grandes desafíos. Por ejemplo, el precio sigue siendo un gran problema, y muy bien puede ser la restricción final que dicte si la tecnología se pondrá al día o no. Por ahora, los investigadores están trabajando para llevar la tecnología de un prototipo funcional a un diseño más escalable y rápido, algo que pueda competir con la tecnología existente o incluso superarla.

"Ahora estamos trabajando para realizar mejoras en la tecnología, incluido el desarrollo de dispositivos AQFP más compactos, aumentando la velocidad de operación y aumentando la eficiencia energética aún más a través de la computación reversible”, dijo Ayala. "También estamos ampliando nuestro enfoque de diseño para poder colocar tantos dispositivos como sea posible en un solo chip y operarlos todos de manera confiable a altas frecuencias de reloj".

El estudio ha sido publicado en IEEE Journal of Solid-State Circuits: MANA: A Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture Microprocessor Using 1.4-zJ/op Unshunted Superconductor Josephson Junction Devices