新型低功耗超导单磁通量子数字电路计算单元及运算逻辑研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61601445
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0122.物理电子学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

As the technology node of the traditional semiconductor integrated circuit entering the era of sub-10 nm, its computing speed and power dissipation are approaching their physical limits. Therefore, without a major overhaul, such kind of technology may face serious issues in fulfilling the ever-growing demand of computational capacity in big data era. Superconducting integrated digital circuit, i.e. superconducting single flux quantum (SFQ) circuit, a proven technology with high processing speed and low power dissipation, can be leveraged to overcome the bottleneck encountered by semiconductor technology. To achieve power efficiency goal set for “green” supercomputer in big data era, the power dissipation of superconducting SFQ circuit needs to be further reduced even though it is already orders of magnitude smaller than that of traditional semiconductor circuit. Most of the energy in the traditional SFQ circuit, invented in the 80s of the last century, is dissipated in maintaining its stable state of the elementary unit of digital circuit and in the delete operation during information processing. In this proposal, we plan to conduct a comprehensive investigation of the physical mechanism involved in the energy dissipation process in basic elements of SFQ circuit and by developing new SFQ basic elements we hope to find a stable state with much lower energy dissipation. Meanwhile, we will introduce new computation architecture, i.e., the reversible logic, which, in principle, can reduce the power dissipation below thermodynamics threshold. The combination of new basic elements and logic can be used to create an adiabatic SFQ system with dramatically improved systematic energy efficiency. The likely findings of this proposal help to build the theoretical and technological foundation for large-scale low-power-dissipation superconducting digital circuit in future.
随着传统微电子集成电路的技术节点跨入10纳米时代,其速度和功耗已经逼近物理极限而难以满足大数据时代快速增长的应用需求。超导数字电路技术,或称单磁通量子(SFQ)电路技术,凭借其高速、低功耗的优势,成为一项近期最有可能解决传统微电子技术面临之能效瓶颈的电路技术。为满足“绿色环保”超级计算机的能效要求,超导SFQ电路的功耗在已比传统微电子电路呈数量级优势的基础上仍需进一步的降低。而发明于上世纪80年代的传统SFQ电路中大部分功耗来自于维持计算基本元件稳态所需能耗以及在运算中删除信息步骤产生的能耗。本项目拟深入研究SFQ电路基本单元能耗的物理机制,从降低计算单元器件稳态能耗入手,研究开发新型低功耗计算单元。同时,在SFQ电路中引入可实现物理极限低功耗的可逆运算逻辑,避免删除信息步骤,实现整个SFQ计算系统的绝热变化,从而大幅提高SFQ电路能效,为大规模低功耗超导计算技术奠定基本理论和技术基础。

结项摘要

本研究首先针对多种新型超导单磁通量子(single flux quantum, SFQ)电路计算单元,基于半定制超导专用电子设计和自动化(electronic design automation, EDA)工具建立了超导SFQ电路仿真平台,实现了对超导集成电路的逻辑和数字仿真。确立了我国第一代超导SFQ集成电路的标准工艺流程和设计规则,构建了大规模电路设计所需逻辑单元门。从而完成了超导集成电路仿真设计,工艺制备以及测试表征的全套自主研究程序,填补了我国在超导集成电路研究领域的长期空白。同时研究了提高超导SFQ集成电路能率的电路设计方法,探索研究多种新型超导集成电路的计算单元并深入研究了新型低功耗超导ERSFQ电路偏置网络稳态功耗的机理,取得了多项创新成果,为加速我国在超导集成电路研究领域赶超国际先进水平奠定了重要的基石。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Film Stress Influence on Nb/Al-AlOx/Nb Josephson Junctions
薄膜应力对 Nb/Al-AlOx/Nb 约瑟夫森结的影响
  • DOI:
    10.1109/tasc.2019.2904589
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Applied Superconductivity
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Yu Wu;Liliang Ying;Guanqun Li;Xue Zhang;Wei Peng;Jie Ren;Zhen Wang
  • 通讯作者:
    Zhen Wang
Research on the Bias Network of Energy-Efficient Single Flux Quantum Circuits
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  • DOI:
    10.1109/tasc.2019.2910049
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Applied Superconductivity
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Guanqun Li;Jie Ren;Yu Wu;Liliang Ying;Minghui Niu;Liyun Chen;Zhen Wang
  • 通讯作者:
    Zhen Wang
Inductance analysis of superconducting quantum interference devices with 3D nano-bridge junctions
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  • DOI:
    10.1088/1361-6668/aaba67
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
    Supercond Sci Tech
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao Wang;Ruoting Yang;Guanqun Li;Long Wu;Xiaoyu Liu;Lei Chen;Jie Ren;Zhen Wang
  • 通讯作者:
    Zhen Wang

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锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    万伟国

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高速超低功耗超导ERSFQ器件及大规模电路集成技术研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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