南加州大學維特比工程學院的一個團隊正在領導這項工作，它的名字是 DISCOVER，這是一個相當有趣的首字母縮略詞，代表超越 Exascale 實現的風險投資的超導計算的設計和集成。

　　顧名思義，科學家們正在尋求使用超導材料作為當今半導體的替代品，以開發新型的超高速和高能效集成電路，以實現可持續和大規模的百億億次計算。

　　創造每秒可提供超過 1 exaflop 或 1 quintillion 浮點運算的超級計算機一直是美國和包括中國在內的國家的一項重要戰略目標，因為它們可以顯著加快關鍵研究項目的速度，從藥物發展到氣候變化模型。

　　然而，有一個擔憂是，今天設計和制造硅處理器的方法將碰壁，并且不再能夠充分擴展以提供 exaflop 后的性能，因此需要像超導體研究這樣的東西來有望克服這一技術障礙。

　　NSF 負責計算和信息科學與工程的助理主任 Margaret Martonosi 表示，周五宣布授予 DISCOVER 的 1500 萬美元獎金，旨在“支持在后摩爾定律時代為計算系統設想未來材料的努力”。

　　DISCOVER 的工作需要開發完整的硬件和軟件系統，“能夠設計、優化和演示新型超導器件、單通量量子邏輯電路以及具有非常高性能和超高能效的超導系統，接近能量的理論極限效率。”

　　更具體地說，該團隊專注于使用基于鈮的約瑟夫森結的芯片，該器件由兩種超導材料組成，通過非超導材料連接。這些設備只能在 4.2 開爾文(等于 -452 華氏度或 -269 攝氏度)的超低溫下運行，并且它們“通過在超導回路中產生或消除持續電流”來存儲 0 和 1 的邏輯值。

　　正如 DISCOVER 所述，這些超導回路的真正巧妙之處在于它們“表現出零電阻，因此不會損失能量”。這是超導芯片對計算能效產生如此驚人影響的一個重要原因。

　　前路漫漫

　　對他們來說，未來有大量的工作要做，因此 DISCOVER 正在南加州大學維特比團隊和其他幾所大學的研究人員之間進行分工，其中包括阿拉巴馬州的奧本大學、紐約的康奈爾大學、波士頓的東北大學、西北大學伊利諾伊州、紐約羅切斯特大學和日本橫濱國立大學。

　　USC Viterbi 團隊將專注于為廣泛的應用開發超導電路和架構，包括通用處理器、神經網絡加速器和量子計算機的經典控制系統。

　　另一方面，其他大學研究人員將與 USC Viterbi 團隊合作，實現“低溫計算核心超導系統的設計和原型設計”，該系統帶有令人難以置信的酷炫 SuperSoCC 首字母縮寫詞。

　　SuperSoCC 的工作將涉及新型材料和設備、片上存儲器設計以及允許 SuperSoCC 與室溫電子設備交互的接口。

　　DISCOVER 認為，SuperSOCC 的能效比使用硅基 CMOS 晶體管制造的傳統芯片至少高 100 倍，同時提供與“最先進的”多核半導體芯片相同水平的性能。另一方面，該團隊認為 SuperSoCC 可以在與基于 CMOS 的芯片相同的能量水平下提供至少 100 倍的性能。

　　值得注意的是，DISCOVER 表示，盡管 SuperSOCC 需要低溫冷卻的能源成本，但這些主要收益是可能的。

　　最終，DISCOVER 希望“賦能新一代多樣化的工程師和企業家，他們將把超導設備和電路帶入高性能計算的主流”。

　　領導 DISCOVER 的南加州大學教授和綠色計算專家馬蘇德·佩德拉姆 (Massoud Pedram) 表示：“隨著基本的 CMOS 擴展極限近在咫尺，探索新興顛覆性計算技術的時機已經成熟。”