能效可达目前芯片百倍，imec推出基于现有制造工具的超导处理器

IT之家 5 月 27 日消息，据外媒 IEEE Spectrum 近日报道，比利时 imec 微电子研究所成功开发出了基于现有 CMOS 制造工具的超导处理器。

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。

IT之家在文末附上相关论文预印本链接，有兴趣的伙伴可点击进一步了解：

中国首颗500+比特超导量子计算芯片，来了！

4月25日，记者从国盾量子获悉，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院（以下简称“量子创新院”）向该公司交付了一款504比特超导量子计算芯片“骁鸿”，用于验证国盾量子自主研制的千比特测控系统。此款芯片刷新了国内超导量子比特数量的纪录，后续还计划通过中电信量子集团的“天衍”量子计算云平台等向全球开放。

测控系统和量子计算芯片是量子计算机的核心硬件。其中，测控系统需要和量子计算芯片交互，实现信号的精确生成、传输和处理，会极大地影响量子计算机整体性能。为了验证大规模测控系统的整体性能及各项指标，最直接的方式是定制专用芯片进行全面系统性的测试。

量子创新院定制研发的504比特量子计算芯片“骁鸿”，在集成超过500比特的同时，量子比特的寿命、门保真度、门深度、读取保真度等关键指标，有望达到IBM等国际主流量子计算云平台的芯片性能，可以充分满足千比特测控系统验证的需求。

504比特超导量子计算芯片“骁鸿”。中电信量子集团供图

量子创新院研究员龚明介绍，“骁鸿”芯片的主要目的，是为了推动大规模量子计算测控系统的发展，更多考虑的是通过集成更多的比特数和实现各单项指标，来满足测控系统验证的需求。

国盾量子计算负责人王哲辉介绍，“骁鸿”芯片将在国盾量子千比特测控系统上进行单比特门、双比特门、读取操作及测控系统性能测试，测试工作预计在今年8月前完成。新测控系统集成度较上一代产品提升10倍以上，核心元器件使用国产化设计，在提升操控精度的同时大幅降低了成本。未来，国盾量子将面向万比特规模，进一步研发适用于可纠错量子计算机的新型测控系统。

在量子计算领域，中电信量子集团推出的“天衍”量子计算云平台，基于电信天翼云“国云”优势，已实现“天翼云”超算能力和176量子比特超导量子计算能力的融合。下一步，中电信量子集团将联合国盾量子，依托“骁鸿”芯片研发量子计算整机，接入“天衍”量子计算云平台，开放给全球用户使用。

“500+比特量子计算机的云端接入，可以高效承载各领域用户对有实用价值的问题和算法开展研究，加速量子计算在实际场景中的应用，引领量子计算生态的快速发展。”中国科学技术大学博士、中电信量子集团副总经理王振表示。

对于这枚芯片的研发，量子创新院教授、中电信量子集团及国盾量子首席科学家彭承志介绍，最困难的是如何让量子比特的质量和数量同步提升，从而真正提升芯片的性能，更精密地调控大规模量子比特，而这是国际主流科研团队都在攻坚的。

彭承志表示，量子创新院超导量子计算团队正在研发1000+比特、比特质量高的超导量子计算芯片，向实现容错量子计算进行攻坚，“量子计算是个漫长征程，要翻过很多高峰才能真正迈向实用，我们接下来要迈出的，才是更关键的一步。”

来源： 中安在线

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