Η imec ενσωμάτωσε 3,8 εκατομμύρια συνδέσεις Josephson σε ένα τετραγωνικό εκατοστό, ανοίγοντας τον δρόμο για μικρότερα και αποδοτικότερα υπολογιστικά συστήματα
Η imec παρουσίασε παγκόσμια πρωτιά στην πυκνότητα υπεραγώγιμου κυκλώματος, τοποθετώντας 3,8 εκατομμύρια συνδέσεις Josephson σε ένα τετραγωνικό εκατοστό.
Το ερευνητικό κέντρο κατασκεύασε επίσης υπεραγώγιμα καλώδια πλάτους μόλις 30 νανομέτρων (nm). Η imec παρουσίασε και τα δύο αποτελέσματα στο συνέδριο Applied Superconductivity Conference (ASC) του 2026.
Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν την υπεραγώγιμη τεχνολογία να κλιμακωθεί προς μελλοντικά συστήματα υπολογιστών υψηλών επιδόσεων. Θα μπορούσαν επίσης να υποστηρίξουν απαιτητικά υπολογιστικά φορτία που εκτελούνται σε σύγχρονα κέντρα δεδομένων στις ΗΠΑ.
Οι μικροσκοπικές συνδέσεις επιτρέπουν μεγαλύτερη πυκνότητα
Τα νέα κυκλώματα χρησιμοποιούν νιτρίδιο τιτανίου-νιοβίου, γνωστό ως NbTiN. Η imec κατασκεύασε τα κυκλώματα σε τρία μεταλλικά επίπεδα.
Οι μικρότερες συνδέσεις Josephson είχαν διάμετρο μόλις 150 nm. Αυτά τα μικροσκοπικά εξαρτήματα επιτρέπουν στους μηχανικούς να τοποθετούν περισσότερα στοιχεία υπολογισμού σε μικρότερο χώρο.
Μια σύνδεση Josephson λειτουργεί ως ένας εξαιρετικά γρήγορος ηλεκτρονικός διακόπτης. Μπορεί να επεξεργάζεται σήματα καταναλώνοντας εξαιρετικά μικρή ποσότητα ενέργειας.
Αυτή η αποδοτικότητα καθιστά τα υπεραγώγιμα κυκλώματα ενδιαφέροντα για υπολογιστές υψηλών επιδόσεων. Η imec εκτιμά ότι η τεχνολογία θα μπορούσε τελικά να προσφέρει σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας σε σύγκριση με τα συμβατικά τσιπ CMOS.
Τα υπεραγώγιμα συστήματα θα μπορούσαν επίσης να υποστηρίξουν πολύ υψηλότερη υπολογιστική πυκνότητα και εύρος ζώνης. Αυτά τα πλεονεκτήματα θα μπορούσαν να γίνουν ολοένα και σημαντικότερα καθώς τα κέντρα δεδομένων διαχειρίζονται μεγαλύτερα υπολογιστικά φορτία.
Η προσέγγιση θα μπορούσε να αποδειχθεί ιδιαίτερα χρήσιμη για υπολογιστικά συστήματα στα οποία η μεταφορά δεδομένων καταναλώνει σημαντική ποσότητα ενέργειας. Τα υπεραγώγιμα κυκλώματα θα μπορούσαν να περιορίσουν ορισμένες από αυτές τις απώλειες, ενώ παράλληλα θα διαχειρίζονται σήματα σε πολύ υψηλές ταχύτητες.
Τα υπεραγώγιμα καλώδια φτάνουν τα 30 nm
Η imec παρουσίασε επίσης τρία επίπεδα καλωδίωσης NbTiN. Τα λεπτότερα καλώδια είχαν πλάτος μόλις 30 nm.
Αυτό είναι περίπου 10 φορές μικρότερο από το πλάτος των καλωδίων που χρησιμοποιούνται στη συμβατική υπεραγώγιμη τεχνολογία με βάση το νιόβιο. Τα μικρότερα καλώδια μπορούν να βοηθήσουν τους μηχανικούς να τοποθετούν περισσότερες συνδέσεις στον ίδιο χώρο.
Τα καλώδια αυτά μεταφέρουν σήματα μεταξύ διαφορετικών τμημάτων ενός κυκλώματος. Μπορούν επίσης να συνδέουν εξαρτήματα μεταξύ πολλαπλών επιπέδων.
Οι υπεραγωγοί έχουν ακόμη ένα σημαντικό πλεονέκτημα. Μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα με πρακτικά μηδενική αντίσταση όταν ψύχονται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Αυτό σημαίνει ότι χάνεται λιγότερη ενέργεια καθώς τα σήματα διαδίδονται μέσα στο σύστημα. Θα μπορούσε να βοηθήσει τους μηχανικούς να αντιμετωπίσουν τις αυξανόμενες ενεργειακές απαιτήσεις των μεγάλων υπολογιστικών συστημάτων.
Η imec μπορεί επίσης να ρυθμίζει τις ηλεκτρικές ιδιότητες των συνδέσεων και των καλωδίων της. Αυτό προσφέρει στους μηχανικούς μεγαλύτερη ευελιξία κατά τον σχεδιασμό κυκλωμάτων για διαφορετικές εφαρμογές.
Τα υπεραγώγιμα τσιπ θα μπορούσαν να εξελιχθούν ακόμη περισσότερο
Η imec αναπτύσσει την τεχνολογία χρησιμοποιώντας διαδικασίες παραγωγής ημιαγωγών σε γκοφρέτες 300 mm. Πρόκειται για τις ίδιες διαστάσεις γκοφρετών που χρησιμοποιούνται ευρέως στη σύγχρονη παραγωγή τσιπ.
Αυτή η συμβατότητα θα μπορούσε να διευκολύνει την ενσωμάτωση της έρευνας στις καθιερωμένες μεθόδους παραγωγής ημιαγωγών. Παράλληλα, δίνει στην imec τη δυνατότητα να προχωρήσει στην κατασκευή μεγαλύτερων και πιο σύνθετων υπεραγώγιμων κυκλωμάτων.
Το ερευνητικό κέντρο εργάζεται επίσης πάνω στην ολοκλήρωση 2,5D και 3D. Οι μέθοδοι αυτές επιτρέπουν σε διαφορετικά εξαρτήματα να λειτουργούν μαζί μέσα σε ένα σύστημα υψηλού βαθμού ολοκλήρωσης.
Ο Richard Rouse, διευθυντής του Superconducting Digital Program της imec, δήλωσε ότι το πρόγραμμα απευθύνεται σε foundries, hyperscalers και εταιρείες συστημάτων.
Η τεχνολογία θα μπορούσε τελικά να επεκταθεί πέρα από τους υπολογιστές υψηλών επιδόσεων και τα κέντρα δεδομένων. Η imec βλέπει επίσης πιθανές εφαρμογές στους κβαντικούς υπολογιστές, τη φωτονική και τους νευρομορφικούς υπολογιστές.
Το υπεραγώγιμο υλικό εξακολουθεί να αντιμετωπίζει μια σημαντική πρόκληση. Τα κυκλώματα χρειάζονται γενικά εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες για να διατηρήσουν την υπεραγωγιμότητα. Αυτό τα καθιστά δυσκολότερα στην ανάπτυξη και αξιοποίηση σε σχέση με τα συμβατικά τσιπ.
Η πυκνότητα των 3,8 εκατομμυρίων συνδέσεων Josephson αποτελεί, σύμφωνα με την imec, παγκόσμια πρωτιά σε αυτό το επίπεδο. Η επίδειξη καλωδίωσης 30 nm δείχνει επίσης τον δρόμο προς μικρότερα και πιο πυκνά ολοκληρωμένα υπεραγώγιμα συστήματα.
www.worldenergynews.gr
