实现量子计较前，还必要微软、英特尔、谷歌都支持的冷计较
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在计较规模，硬件制造商一向在探求新的要领让芯片保持在较低温度下运行，这可以让沟通的芯片在得到更高机能的同时耗损更少能量和发生更少的热量。 固然保持条记本电脑或台式电脑冷却没有带来挑衅，但冷却数据中心和超等计较机等大型体系则异常坚苦。TechRadar Pro 与 Rambus 的首席科学家 Craig Hampel 举办了攀谈，相识有关冷计较以及研究职员怎样行使这种技能。
什么是冷计较？ 凡是来说，冷计较是低落计较体系的运行温度以进步计较服从，能量服从或密度。在低温下运行计较体系时，会发生最明显的影响。这个低温到底是几多？传统的处理赏罚器和基于内存的数据中心在远高于室温的温度下运行，约莫 295k（21 C），但 Rambus 正在探求 77K（- 250 C）的液氮运行存储体系。 已往的几十年，计较和存储体系的机能和能效有庞大的改造。跟着云计较、移动装备和数据量的增添，对大型数据中心和超等计较机的需求也不绝增添。 然而，正如智能高级研究项目（IARPA）所述，大局限计较体系和数据中心的耗电和冷却正变得越来越难以打点。传统基于 CMOS 器件和平凡金属互连的计较体系全力通过集成更高密度的晶体管满意不绝增添的计较需求。 从汗青上看，Dennard 缩放（雷锋网注，登纳德缩放比例定律，也称 MOSFET 缩放）已经让存储器和计较体系实现了更高麋集和更节能，但 Dennard 缩放比例已经大大减缓。这就是冷计较可以发生重大影响的处所，使体系可以或许通过低落体系温度来构立功耗更低，本钱更低的高机能计较机。 冷计较是个新观念吗？ 现实上，几十年来冷计较一向受到存眷，个中一个例子是 20 世纪 90 年月 IBM 的一个团队（包罗其时在 IBM 事变的 Gary Bronner）就有相干研究，固然这项研究表现出冷计较的庞大潜力，但其时 CMOS 缩放明明可以或许跟上行业的要求。 在这项研究中，Bronner 和他的同事发明低温 DRAM 的运行速率是传统 DRAM 的三倍。 从那往后，冷计较研究不绝成长，也有许多环绕量子计较机的接头，这是冷计较的极度。然而，大大都量子装备必要接近它们的纠错处理赏罚器，因此在量子计较机投入行使之前，也许必要在 77K 和 4K（-195C）之间运行的装备。 谁在敦促冷计较？ 今朝，有很多环绕冷计较和冷存储以及量子计较的研究项目。这些研究表现了高速体系的庞大前进，可以或许以更高的能效处理赏罚和说明大量数据。 Rambus 正在开展与 DRAM 和内存体系相干的事变，凡是会提出质疑的公司也支持相干研究，包罗英特、IBM、谷歌和微软。天下各国当局都在研究这个题目，在美国，IARPA 正致力于一项名为“低温计较伟大性（C3）”的打算，该打算旨在将超导计较作为耗电题目的恒久办理方案，也能用传统 CMOS 提供高机能计较（HPC）。 今朝，冷却运行的一个现实例子是微软的 Project Natick，个中一部门数据中心安装在苏格兰奥克尼群岛的海岸四面的水下。这是很多探求进步处理赏罚手段的方案中的第一个，能以较低的本钱有用和可一连地为数据中心供电。 然而，这只是可以看到的部门。Rambus 今朝正与微软相助构建内存体系，作为他们量子计较机的一部门。因为量子处理赏罚器必需在低温（低于 93.15k（-180°C））下事变，Rambus 正在研究各类优化存储器接口和 DRAM 的要领，包罗在低温下有用通讯的信号接口。
冷计较能带来哪些晋升？ 对更麋集和更节能计较的需求意味着必要开拓逾越传统半导体的低温运行，包罗超导体和量子力学。因为摩尔定律已经放缓，室温下的传统数据中心正变得过期，冷计较也许会以指数方晋升计较手段，让超导和量子计较成为将来的超等计较机和 HPC。 冷计较是否会增进功耗和本钱？ 在 77k 的温度，我们信托可以将 DRAM 事变电压降至 0.4 到 0.6V，这意味着功耗会明显低落，同时，在这个温度和电压下，泄电压也会消散，我们但愿内存机能和功耗的缩放可以再维持4-10 年。然而，与传统的氛围冷却体系对比，，冷计较的冷却体系将变得越发昂贵而且必要更多的电力来维持温度和散热。因此，优化该体系并实现总功耗低落是一项典范的工程衡量。Bronner 信托，优化该冷计较体系之后可以实现两个数目级的能量节减。 冷计较变得适用必要降服哪些挑衅？ 要使电路在低温下事变，在技能变得适用之前还必要更多的工程事变。在 77k 的温度下，数字转换可以很好地运行，但模仿成果不再像早年那样事变。因此，电路的模仿和信号殽杂部门也许必要从头计划，以便在低温下事变。 今朝，行使超导的逻辑成果开拓还处于早期阶段。固然正在举办重要的研究，但仍有很多事变要做。有个好动静是，一旦界说了一组尺度的逻辑成果，转换处理赏罚器架构和运行的软件应该相等简朴。 最终，冷计较是通向量子计较的桥梁。但即便云云，量子计较硬件和编程仍有庞大挑衅。致力于这些项目研究的公司正在搜集环球最智慧的量子物理学家和计较机架构师，以应对这些挑衅。纵然拥有天下上最好的人才，在这些挑衅在取得实质性盼望后才气证明其潜力。证明量子计较在执行特定使命方面比传统要领更好被称为“量子霸权”，不外尚未实现。 冷计较什么时辰实现？ 今朝还没有可以匹配量子计较的低温存储技能。隐藏的存储器技能还处于开拓的早期阶段，它们必要数年才气到达当前半导体存储器每比特本钱和容量的程度。针对低温温度优化传统 CMOS 和传统 DRAM 来补充超导和量子计较的差距也成为须要。 我们今朝正在构建 77K 内存体系的原型，颠末不绝的测试和优化，Bronner 信托可以在三到五年的时刻内上市。 Rambus 首席科学家 Craig Hampel 【编辑保举】
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