他們借鑒了神經(jīng)信號傳導(dǎo)的原理，設(shè)計(jì)出新一代超高速、高能效的微芯片，有望顯著降低現(xiàn)代計(jì)算的能耗需求。伊爾梅瑙工業(yè)大學(xué)的研究人員近日宣布，他們正通過"神經(jīng)節(jié)點(diǎn)"項(xiàng)目研發(fā)超導(dǎo)電子元件，利用短暫電脈沖處理信息。

這種脈沖傳導(dǎo)方式高度模擬了人類神經(jīng)通路的信號傳輸機(jī)制。通過摒棄傳統(tǒng)硅芯片持續(xù)電流的工作模式，該技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)更高運(yùn)算速度的同時(shí)大幅降低能耗。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人漢內(nèi)斯·特普弗博士表示："當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心并逐步完善后，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)相同算力僅需消耗當(dāng)前一半能源。"

這項(xiàng)研究直指智能手機(jī)、云服務(wù)、流媒體平臺(tái)及人工智能驅(qū)動(dòng)的全球數(shù)據(jù)流量激增帶來的能源挑戰(zhàn)。這些技術(shù)的普及已將電力需求推至歷史新高。以ChatGPT-4的訓(xùn)練為例，其耗電量約5000萬千瓦時(shí)，足以供應(yīng)超1萬戶三口之家全年用電。美國數(shù)據(jù)顯示，過去八年受人工智能發(fā)展影響，信息技術(shù)應(yīng)用的能耗翻倍。勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室預(yù)測，到2028年數(shù)據(jù)中心超半數(shù)電力將專供人工智能使用。

傳統(tǒng)硅芯片即便待機(jī)也持續(xù)耗電的特性，已成為制約數(shù)字革命發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。為此全球科研團(tuán)隊(duì)正積極探索更高效的微電子技術(shù)方案。研究團(tuán)隊(duì)將于明年1月1日正式啟動(dòng)超導(dǎo)電路研發(fā)，該技術(shù)雛形最早由匈牙利裔數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾依曼在20世紀(jì)50年代提出，其利用量子效應(yīng)通過極短電壓脈沖傳輸數(shù)據(jù)。

這種脈沖工作機(jī)制與人腦神經(jīng)信號傳導(dǎo)高度相似。人腦僅需20瓦功率即可完成復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)，其能效表現(xiàn)遠(yuǎn)超當(dāng)代最先進(jìn)計(jì)算機(jī)。通過將這一原理轉(zhuǎn)化為微電子技術(shù)，團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)僅在處理信號時(shí)耗能的元件。若成功部署于數(shù)據(jù)中心并持續(xù)優(yōu)化，可使同等計(jì)算性能的能耗降低50%。

特普弗博士指出，當(dāng)量子計(jì)算機(jī)完全實(shí)現(xiàn)功能時(shí)，伊爾梅瑙大學(xué)先進(jìn)電磁學(xué)研究組開發(fā)的這些基礎(chǔ)元件將成為連接大量組件且避免干擾的關(guān)鍵技術(shù)。"若缺乏這些組件，將無法控制所需數(shù)量的量子比特"，他在新聞稿中強(qiáng)調(diào)該項(xiàng)目的時(shí)效性，"因此這對量子計(jì)算機(jī)具有至關(guān)重要的意義"。美國技術(shù)規(guī)劃專家預(yù)測，光學(xué)超導(dǎo)電子模塊到2035年左右將成為不可或缺的核心技術(shù)。

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