Un réseau de distribution d’horloge à base de métamatériaux pour construire de grandes puces supraconductrices

Un réseau de distribution d'horloge à base de métamatériaux pour construire de grandes puces supraconductrices

Conceptions conceptuelles du réseau d’horloge résonnant. Crédit: Électronique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41928-022-00729-7

Les réseaux de distribution d’horloge, également appelés arbres d’horloge, sont des techniques permettant de distribuer des signaux d’horloge (à partir d’une source commune) à tous les composants électriques d’un système, garantissant que tous les éléments d’un circuit fonctionnent de manière synchronisée. Ces réseaux pourraient être au cœur du développement de systèmes d’intégration à très grande échelle (VLSI), de circuits intégrés (CI) qui combinent des milliers de portes logiques ou de dispositifs en une seule puce.

Des chercheurs de Northrop Grumman Mission Systems ont récemment développé un réseau de distribution d’horloge prometteur basé sur une conception de métamatériau supraconducteur. Ce réseau, présenté dans un article publié dans Électronique naturellepourrait permettre la fabrication de grands circuits supraconducteurs plus performants.

L’idée de circuits logiques basés sur des supraconducteurs a été introduite pour la première fois dans les années 1980. Depuis lors, de nombreuses études ont mis en évidence leur potentiel en tant qu’outils pour effectuer des calculs logiques à grande vitesse en utilisant une faible puissance de calcul.

Malgré leurs promesses et leurs avantages, jusqu’à présent, le développement de circuits logiques supraconducteurs hautement performants s’est avéré difficile. La principale raison en est que les méthodes utilisées pour alimenter ces circuits étaient souvent inefficaces, ce qui nuisait à leurs performances.

“Les premières familles de logiques supraconductrices alimentaient des appareils avec du courant continu à travers des résistances, qui brûlaient évidemment beaucoup d’énergie”, a déclaré Joshua A. Strong, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à TechXplore. “Des conceptions plus récentes alimentent des appareils avec un courant alternatif via un transformateur. Cela consomme beaucoup moins d’énergie, mais le problème devient alors : comment pilotez-vous des milliers ou des millions de transformateurs à des fréquences GHz, chacun avec la même amplitude et la même phase ? un peu comme essayer de construire le réseau électrique américain sur une puce de 5 millimètres.”

L’objectif principal de l’étude de Strong et de ses collègues était de concevoir un réseau qui permettrait à une onde plate, uniforme et stationnaire de se propager à travers leur circuit intégré supraconducteur. Ils savaient que ce serait difficile ; comme dans la nature, les vagues ne se comportent généralement pas comme cela (c’est-à-dire qu’elles ne sont pas plates, mais sont plus “onduleuses”).

“Si vous pensez à une corde de guitare, elle a une résonance de premier ordre où les extrémités sont fixes et le milieu oscille, vous avez donc une demi-onde vibrant sur la corde”, a déclaré Strong. “Il a également des résonances de deuxième, troisième ou plus haut ordre qui oscillent à des harmoniques plus élevées avec 2 ou 3 demi-ondes ou plus sur la corde. On pourrait dire qu’une corde de guitare a aussi un mode d’ordre zéro avec zéro demi-ondes , ce qui signifie que la corde est plate, mais c’est un cas ennuyeux car cela se produit à 0 Hz, ce qui signifie simplement que la corde ne vibre pas du tout.”

Dans les métamatériaux, les physiciens ont observé des résonances d’ordre zéro bien plus intéressantes que celles de la corde de guitare oscillante, comme l’a souligné Strong. Par exemple, ils peuvent produire des ondes plates qui oscillent à une fréquence non nulle, ce qui est exactement ce que les chercheurs voulaient réaliser avec leur réseau de distribution d’horloge.

À l’aide de leur réseau de distribution d’horloge basé sur des métamatériaux résonnants, Strong et ses collègues ont effectué des mesures du paramètre S pour une conception de circuit intégré à 10 GHz et validé un circuit logique quantique réciproque numérique avec 48 0000 jonctions, fonctionnant à 3,5 GHz. Remarquablement, ils ont découvert que leur réseau pouvait permettre une distribution uniforme de la puissance avec une variation inférieure à 1 dB sur un 3×3 mm2 zone de puce active, avec une efficacité énergétique d’environ 30 %.

“Mes collègues et moi avons montré que nous pouvions fournir une alimentation uniforme à des milliers de transformateurs sur une puce”, a ajouté Strong. “C’est excitant, car cela signifie que nous avons le réseau d’horloge dont nous avons besoin pour construire de grands circuits intégrés supraconducteurs. Nous prévoyons maintenant de travailler sur le développement de circuits logiques plus grands et meilleurs avec une puissance inférieure à celle des circuits à semi-conducteurs.”


Des chercheurs fabriquent des portes logiques basées sur des neuristors en matériaux 2D


Plus d’information:
Joshua A. Strong et al, Un réseau de distribution d’horloge métamatériau résonant pour la logique supraconductrice, Électronique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41928-022-00729-7

© 2022 Réseau Science X

Citation: Un réseau de distribution d’horloge basé sur des métamatériaux pour construire de grandes puces supraconductrices (12 avril 2022) récupéré le 12 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-metamaterial-based-clock-network-large-superconducting. html

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