IMEC突破性成就：利用现有CMOS技术工具，打造能效提升百倍的超导处理器

近日消息，来自比利时的微电子研究机构IMEC公布了一项重要进展，他们成功地利用现有的CMOS制造工艺技术，研发出了一种创新的超导处理器。

这一成果标志着在不改变传统半导体制造工艺的前提下，实现了处理器能效的显著飞跃，据称其能效比当前市场上的芯片提高了整整一个数量级，达到了百倍之多。

该超导处理器的基本逻辑单元和 SRAM 缓存单元均基于一种名为“约瑟夫森结（Josephson junction）”的特殊结构。

imec 的超导处理器通过操纵约瑟夫森结产生的电压脉冲实现逻辑和存储操作，相较传统处理器拥有能效优势。

此外，传统处理器的大部分发热来自逻辑单元同存储器或其他逻辑单元之间的信息传递，但 imec 的新型处理器采用超导材料进行互联，电线电阻为 0，极大程度降低了通信过程中的能量损耗。

imec 的超导处理器需要在 4K（开尔文）的温度下才能工作而不至于整体失超，这意味着其需要强大的冷却系统。

但即使如此，在对 AI 算力的需求达到 10+ Petaflops 量级时，基于超导处理器的系统也将比基于英伟达 H200 的传统系统更为节能。

超导处理器的高能效优势将随着算力规模的提升进一步显现。根据报道中的估算，到 5 Exaflops AI 算力级别，基于超导处理器的系统将仅消耗传统系统不到 1% 的电力。

而在片外内存部分，imec 的超导处理器系统仍采用的是传统硅基 DRAM，不过也冷却到了 77K 以提升能效。超导处理器芯片与 DRAM 间采用特制玻璃桥连接，DRAM 通过定制连接器通往外部室温环境。

基于超导处理器的计算板便于堆叠，imec 预估首代产品将包括 100 块计算板。这个超导计算集群的三维仅有 20*20*12cm，与一个鞋盒大致相当，但却能提供 20 Exaflops BF16 算力，同时功耗仅为 500kW。

超导处理器集群将使更为袖珍的 AI 数据中心成为可能，简化将 AI 算力部署到离算力需求更近位置的流程，同时也方便与同样建立在超导技术上的量子计算机无缝集成。

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