وبلاگ

آزمایشگاه جفرسون رهبری تیم چند رشته‌ای را بر عهده دارد که توسط DOE برای توسعه رویکرد ابررسانا به فناوری پیشرفته تراشه‌های کامپیوتری انتخاب شده است.

نیوپورت نیوز، ویرجینیا – فناوری‌های ابررسانا، رگ حیات تأسیسات شتاب‌دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده در مأموریت جاری خود برای کشف کوارک‌ها و گلوئون‌هایی هستند که در جهان کوانتومی ساکن هستند.

فن‌آوری فرکانس رادیویی ابررسانا (SRF) که یکی از صلاحیت‌های اصلی آزمایشگاه جفرسون است، برای شتاب بخشیدن به ذرات الکترون بنیادی در تأسیسات پرتو الکترونی پیوسته آزمایشگاه استفاده می‌شود و محققان در سراسر جهان را قادر می‌سازد تا آزمایش‌های پیشرفته‌ای را برای مطالعه بلوک‌های سازنده اساسی ماده انجام دهند. با سرمایه گذاری DOE دفتر فیزیک هسته ایدانشمندان و مهندسان آزمایشگاه جفرسون به طور مداوم فناوری SRF را بهبود می‌بخشند تا از شتاب‌دهنده‌های ذرات فیزیک هسته‌ای و سایر برنامه‌های دفتر علوم DOE بهره ببرند. این شامل مواد و ساختارهای ابررسانای خلاقانه است.

اکنون، با استفاده از نزدیک به چهار دهه تجربه و قابلیت‌های خود در علم و فناوری SRF، این آزمایشگاه یک تیم چند رشته‌ای را رهبری می‌کند تا مفاهیم استفاده از این مواد و ساختارهای ابررسانا جدید را در الکترونیک ابررسانا دیجیتال (SCD) فوق‌رسانا با انرژی فوق‌العاده کارآمد با هدف کاوش در ظهور فناوری های هوش مصنوعی و محاسبات کوانتومی

این تیم شامل imec و مرکز تحقیقات، پیشرفت اقتصادی، فناوری، مهندسی و علوم نیویورک (NY CREATES) – هر دو مراکز پیشرو برای تحقیقات و نوآوری با فناوری پیشرفته – و دانشگاه کرنل است. نقطه قوت آن در کنار هم قرار دادن مفهوم و طراحی (imec)، توسعه مواد اساسی (آزمایشگاه جفرسون)، خصوصیات (Cornell) و توسعه و پیاده سازی فرآیند (imec و NY CREATES) است.

پروژه آنها، “فرآیند یکپارچه سازی ابررسانای پیشرفته که سخت افزار پایدار برای هوش مصنوعی و محاسبات کوانتومی را امکان پذیر می کند” یکی از 11 پروژه چند رشته ای است که توسط DOE برای دریافت کل 73 میلیون دلار سرمایه گذاری برای تسریع فناوری های جدید از کشف تا تجاری سازی انتخاب شده است. بودجه این پروژه از طریق ابتکار Accelerate از طریق DOE تامین می شود دفاتر محاسبات علمی پیشرفته و فیزیک هسته ای.

در طول فرآیند بررسی DOE، این همکاری به عنوان یک “تیم A+… با استعدادهای برجسته” واجد شرایط شد.

Anne-Marie Valente-Feliciano، فیزیکدان ارشد در آزمایشگاه جفرسون و رئیس گروه فرآیندها و مواد SRF گفت: «جامعه به محاسبات سریع‌تر و با عملکرد بهتر نیاز دارد. هدف این پروژه توسعه فناوری جدید تراشه‌های کامپیوتری با استفاده از مواد ابررسانا برای عملکرد سریع‌تر و بهبود کارایی است.

از imec، آنا هر و کوئنتین هر متخصصان مشهور جهانی هستند که در چندین فناوری جدید حافظه کامپیوتری پیشگام بوده اند. هر دو از همکاران سابق Northrop Grumman و اکنون مدیران علمی شرکت خود هستند. هم imec و هم NY CREATES می‌توانند نوآوری‌ها را به فرآیندها و ساختار دستگاه تبدیل کنند که منجر به مدارهای سریع‌تر می‌شود.

“کوئنتین هر گفت، بدون نوآوری بیشتر در محاسبات با کارایی بالا، پیش بینی می شود که تا سال 2040 نیمی از انرژی جهان به رایانه ها اختصاص یابد.

Satyavolu Papa Rao، دانشمند مواد، مهندس و معاون تحقیقات در NY CREATES، گفت: “برای برآوردن نیاز بشر به محاسبات، پارادایم های جدیدی مورد نیاز است.” مدار منطقی دیجیتال ابررسانا یک مسیر بسیار حیاتی است که باید کاوش شود و این کاری است که ما انجام می دهیم.

دید روی صورت است

شناسایی یک شکاف کلیدی در فناوری که در حال حاضر مانع از پیشرفت الکترونیک ابررسانای دیجیتالی می‌شود، رویکرد تیم ایجاد تغییرات عمده، از جمله مقیاس‌پذیری، در فرآیند تولید موجود است.

یک هدف حیاتی توسعه مواد ابررسانا و مانع بهبود یافته است که عملکرد بهتری داشته باشند و دماهای پردازش بالاتر را تحمل کنند و آنها را کاملاً با فرآیندهای تولید فناوری الکترونیکی معمولی سازگار کند.

در یک برنامه کاربردی در مقیاس بزرگ مانند هوش مصنوعی که در یک مرکز داده اجرا می شود، مواد ابررسانا بهبودی 100 برابری در بهره وری انرژی ارائه می دهند، حتی پس از محاسبه هزینه های سیستم خنک کننده برودتی حلقه بسته. تراشه‌های منطقی دیجیتال ابررسانا (با اصلاح مناسب) نیز می‌توانند در نزدیکی تراشه‌های محاسباتی کوانتومی برای کنترل و برقراری ارتباط با آنها قرار گیرند. این بدان معناست که این فناوری برای فعال کردن محاسبات کوانتومی و کلاسیک در آینده مهم است.

عضو تیم، کاتیا نواک، استادیار فیزیک در دانشگاه کرنل، تجربه قابل توجهی در توصیف مواد ابررسانا دارد. مجموعه ابزار تکنیک‌های او اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های این مواد ترسیم شود تا بتوان آنها را برای کاربرد در مقیاس بهتر تنظیم کرد.

نواک گفت: “آزمایشگاه من به روشی نسبتاً منحصر به فرد برای تصویربرداری از مواد و ساختارهای مرتبط، تخصص ارائه می دهد.” ما در یک نوع تصویربرداری مغناطیسی با دمای پایین تخصص داریم که معمولاً برای مطالعه پدیده‌های نوظهور در مواد کوانتومی استفاده می‌کنیم. اما اتفاقاً تصویر ما برای کمک به درک بهتر اصول اولیه مواد درگیر در الکترونیک SCD مناسب است. این یک نیاز حیاتی برای پیشرفت فناوری است که ما در این پروژه دنبال می‌کنیم.»

کوئنتین هر می گوید: «پتانسیل 100 برابری بهبود وجود دارد. پروژه ما بسیار تهاجمی است، اما بسیار مهم است زیرا محاسبات در زندگی ما نفوذ می کند و همچنان در حال گسترش است.

محاسبات هر چه سریعتر باعث تحول بیشتر در وعده هوش مصنوعی خواهد شد.

آنا هر می گوید: «هوش مصنوعی امروز به مجموعه داده های بزرگ و چرخه های آموزشی شش ماهه در سیستم های محاسباتی تشنه قدرت نیاز دارد. “فناوری پیشنهادی ما یادگیری با انرژی کارآمد را بسیار سریعتر در داده های زمان واقعی و نزدیک به سطوح یادگیری انسان ممکن می کند.”

دستیابی به این هدف اما یک شبه محقق نخواهد شد.

Valente-Feliciano گفت: “در نهایت، مواد و فناوری به بلوغ می رسند تا در دستگاه های مفید برای جامعه به طور کلی پیاده سازی شوند. البته، این به صورت مرحله‌ای اتفاق می‌افتد – فردا کامپیوتری مانند این را در قفسه پیدا نخواهید کرد. اما می توانید تصور کنید که می تواند برای آزمایش ها و مراکز داده بزرگتر استفاده شود.

دیدن توسعه چنین مفهومی با کمک تحقیقات ما در زمینه مواد نوآورانه که به واقعیت تبدیل شده و در آینده توسط جامعه مورد استفاده قرار می گیرند، هیجان انگیز است. زمان زیادی طول خواهد کشید، اما این چشم انداز ماست.»

تسریع در نوآوری

هدف بزرگتر DOE با ابتکار Accelerate خود، دامن زدن به نوآوری در تحقیقات پایه است تا بتوان مواد و فناوری های جدید را مقیاس بندی کرد و به محصولات و قابلیت های جدید برای بهبود سلامت و امنیت اقتصادی کشور تبدیل کرد.

Asmeret Assefo Berhe، مدیر دفتر علوم DOE گفت: “این تحقیق مفاهیم و رویکردهای جدید را در تحقیقات پایه و الهام گرفته از استفاده برای رسیدگی به شکاف ها یا چالش هایی که انتقال نهایی به تحقیقات کاربردی را برای توسعه و نمایش بیشتر محدود می کند، ادغام می کند.” در اعلام کمک های مالی دستیابی به این اهداف تحقیقاتی به طور قابل توجهی چرخه نوآوری را تسریع می کند، که در حال حاضر ممکن است سال ها تا دهه ها طول بکشد تا تکمیل شود.

11 پروژه تامین شده توسط برنامه های دفتر علوم در محاسبات علمی پیشرفته، تحقیقات بیولوژیکی و محیطی، علوم پایه انرژی، علوم انرژی همجوشی، فیزیک انرژی بالا، فیزیک هسته ای و برنامه ایزوتوپ DOE پشتیبانی می شوند.

هر پروژه توسط یک آزمایشگاه ملی با شرکای دیگر آزمایشگاه‌ها، صنایع و دانشگاه‌های ملی، اغلب شامل کالج‌ها و دانشگاه‌های سیاه‌پوست (HBCUs) و مؤسسات خدمات اقلیت‌ها (MSIs) هدایت می‌شود.

این این پروژه یکی از چندین پروژه در آزمایشگاه جفرسون است که هدف آن به کارگیری تخصص آزمایشگاه در فناوری‌های خاص برای نوآوری‌هایی است که تأثیر مثبتی بر جامعه خواهد داشت. پشتیبانی شده توسط این کار را انجام می دهد دفاتر محاسبات علمی پیشرفته و فیزیک هسته ای. درباره فرصت های مشارکت با آزمایشگاه جفرسون بیشتر بدانید در صفحات انتقال فناوری ما

اطلاعات بیشتر
وزارت انرژی 73 میلیون دلار تحقیقات اساسی را برای تسریع انتقال از اکتشاف به تجاری سازی اعلام کرد.

نوشته تامارا دیتریش

مخاطب: کندیس کارتر، دفتر ارتباطات آزمایشگاه جفرسون، 7263-269-757، [email protected]