<4D F736F F F696E74202D E291AB92B B1C3DECADEB2BD2E B8CDD8AB B83685D>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F F696E74202D E291AB92B B1C3DECADEB2BD2E B8CDD8AB B83685D>"

ありあしんまつ
5 years ago
Views:

1 超電導でできることデバイス研究開発 ( コンピュータルータタ )

2 内容進歩してきた半導体回路の現状なぜ超電導回路? 超電導コンピュータルータの研究

1 の位 2 0 の位 0 0 1 3 1 1 0 1 10 3 0 +10 2 0 +10 1 1+10 0 3 2 3 1

3 コンピュータの基礎 : 2 進数普段の我々の生活 0~9 の 10 個で表現コンピュータ内部の世界 1 と 0 の 2 個で表現 10 進数 2 進数 10 3 の位 10 2 の位 10 1 の位 10 0 の位 2 3 の位 2 2 の位 2 1 の位 2 0 の位 = 13 (10 進数表示 ) = 13 (10 進数表示 )

4 求められる高度な計算進歩を続けてきた半導体回路今後も更に求められる高度な計算環境バイオ天文しかし半導体回路もかなり問題が見え始めています

5 半導体コンピュータ動作スピードの現状 5 動作ススピード [GHz z] x / year Xeon Pentium III Pentium 4 Celeron 1.1x / year intel.com/ 以前のようには上がらない.

6 半導体チップの熱の問題

7 半導体チップの熱の問題たまご焼きが実際に出来るくらい熱を持っています

8 超電導を使ったら消費電力が低い! ( 千倍から 1 万倍低い ) 速い! ( 十倍 ~ 百倍速い ) 超電導配線が使える単一磁束量子で 1 と 0 を表現電圧で 1 と 0 を表現 ~1 V( ボルト ) ~1 兆分の1 秒 Φ 0 = h/2e = 2.07 mv. ps 超電導 1ビット波形 ~ 千分の 1 V( ボルト ) 超電導半導体

E-06 InP-HEMT 2:1 Selector InP-HBT DFF InP-HBT 2:1Selector InP-HEMT DFF SiGe-HBT 4:1

9 電力とスピードの比較大きい (W) Pow wer co onsum mption 大きさ力の大消費電力小さい 1.E+01 1.E+00 1.E-01 1E02 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 InP-HEMT 2:1 Selector InP-HBT DFF InP-HBT 2:1Selector InP-HEMT DFF SiGe-HBT 4:1 InP-HEMT MUX 4:1 MUX CMOS 2:1MUX 化合物半導体 CMOS Selector 半導体 SFQ 8b-Shift Register 超電導回路 SFQ DFF 遅い動作スピード Clock frequency (GHz) ギガ :10 億速い

10 超電導回路の設計 Functional Definition i i 回路設計 Logic Synthesis Schematic Design CONNECT Cell Library Logic Simulation Placement & Routing 動作評価最終設計図 Layout Verification Chip design

11 超電導回路の構造抵抗超電導ループインダクタンスジョセフソン接合 (JJ) 2 μm 2 μm Nb ( 超電導体 ) SiO2 ( 絶縁体 ) Si 基板 Mo ( 抵抗体 )

12 超電導コンピュータ (CORE1α ver. 5) 4999 JJs 15.2 GHz (Local clock) 1.6 mw 167 MIPS 世界初の超電導マイクロプロセッサ M. Tanaka, F. Matsuzaki, T. Kondo, N. Nakajima, Y. Yamanashi, A. Fujimaki, H. Hayakawa, N. Yoshikawa, H. Terai, and S. Yorozu, in Tech. Dig. IEEE Int. Solid-State Circuit Conf., San Francisco, CA, Feb

13 超電導コンピュータ CORE1α ver JJs 21 GHz ( 内部クロックク ) 2.3 mw 200 MIPS 超電導メモリを搭載した超電導マイクロプロセッサ K Fujiwara Y Yamashiro N Yoshikawa A Fujimaki H Terai and K. Fujiwara, Y. Yamashiro, N. Yoshikawa, A. Fujimaki, H. Terai, and S. Yorozu, Supercond. Sci. Technol. 16, 2003.

14 超電導コンピュータ CORE1γ controller inst. cache (64 b) data cache (128 b) register file ALUs Tanaka et al., Presented at ISEC 2007, P-B04, I-S02. 8 bit, bit-serial 1000 MOPS at peak 25 GHz bit-operation 4-stage pipelining JJs 263A(65mW) 2.63 ( bit inst. Cache 64-bit Data Cache 6.36 x 6.36 mm 2 8mmdie パイプラインデュアル ALU データキャッシュメモリ CONNECT cooperated with SRL, NiCT, NU & YNU

15 10 ぺタフロップス ( 京速 ) コンピュータ開発 1 秒間に 1 京 (10 の 16 乗 ) 回の演算性能文部科学省が計画するプロジェクトで 2012 年完成を目指す地球シミュレータ (NEC) の経験など国産技術を集結理化学研究所を拠点 BlueGene/L 米国 IBM 360 テラフロップス 2007 年 6 月現在第 1 位

16 1 ぺタフロップス級の計算に必要な大きさ半導体技術地球シミュレータ :35 テラフロップス 50 m 消費電力 8 MW ( 電子レンジ約 2 万個分 ) X30 配線量 8 万本 2400 km 寸法 50m 50m 超電導スーパーコンピュータ :1 ぺタフロップス 4 m 消費電力を 100 倍低く大きさ 10 分の 1 以下で実現可能

17 超電導コンピュータの今後の目標小型な 10 テラフロップス級コンピュータ半導体を用いた並列コンピュータ超電導スーパーコンピュータ ~2 kw 1 ラック ~150 kw 30 ラック

18 インターネット利用量の増大ルータ 2007 年 1 月ルータルータ 2005 年 1 月 2002 年 1 月参照 l ルータとは中継や接続を行う機器

19 半導体ルータの限界要求どこにつなぐか処理する許可高速大容量化スイッチルータ超高速処理が半導体では厳しい超電導ルータ

20 超電導ルータ用回路の 40GHz 動作 ( 半導体より 100 倍早い処理スピード ) 4x4 スイッチ制御用処理回路 40GHz 動作約 3,000 接合 3 mmx2 mm 4 4 スイッチ約 2,800 接合 40GHz 動作スイッチ容量 160Gbps Cisco 社の最大容量ルータの 1/4 を 3x2mm で実現

21 超電導ルータのデモ PC4 台からの映像を超電導スイッチにより切り替える

22 まとめ超電導回路は高速低消費電力小型半導体や光技術との融合次々世代のコンピュータルータ実現へタ実現 Switch card Line Card Line Card Line Lin e Card Car rd

23 参考 : 計算スピードの単位 Flops = 1 秒間に行える浮動小数点演算数 1 京 1000 兆 PFl Flops ( ペタ ) Blue Gene/L 地球シミュレータ 1 兆 T Flops ( テラ ) 通常のパソコン 10 億 G Flops ( ギガ )

24 参考 : 論理演算 NOT 演算 A A OR 演算 A B A+B AND 演算 A B AB A A 出力は入力の反転 A A+B B A AB B 片方でも1 なら 1 両方が1 なら 1 この三つの論理ゲートで全ての演算が実現出来る

untitled

untitled 2005 2 1 105-0004 5-34-3 Tel: 03-3431-4002 Fax: 03-3431-4044 1 SRL/ISTEC 1 1 SFQ SFQ SFQ 2004 9 4 SFQ SFQ / LSI 269 230 230 230 269 230 SFQ SFQ 2005 2 ISTEC 2005 All rights reserved. - 1 - 2005 2 1 105-0004