日本NEDO技术开发机构及国际超导产业技术研究中心超导工程学研究所(ISTEC)试制出了采用超导无件的开关设备。成功实现了多台电脑间的影像数据传输。此次的成果有望促进低耗电大容量路由器的实现。 开关设备的心脏部分——超导LSI集成了用于切换数据包经路的4输入4输出(4×4)开关电路,以及可防止数据包冲突的4×4调度电路,由在硅底板上利用超导体Nb(铌)进行布线的SFQ*1(SingleFluxQuantum,单磁通量子)元件构成。 此前ISTEC也曾专门试制过性能与此次相同的开关LSI及调度LSI。此次,除了将这些功能集成在1枚芯片上外,ISTEC还通过结合使用无复杂操作即可超低温冷却LSI的低温泵,以及桥接以太网接口与超导LSI的输入输出接口等,使其能够实际作为开关设备工作。“目前已经证明,通过这些手段,应用SFQ技术的设备无需放在实验室内、任何人都能使用”(ISTEC元器件研究开发部代理部长兼低温元器件开发室室长日高睦夫)。 在工作实验中,经由100BASE-TX规格的连线连接了4台电脑与超导开关设备。电脑与开关设备间的数据传输速度最大为100Mbps。虽然超导LSI本身的传输数据为10Gbps,但是“以太网与SFQ电路的接口部分由于受FPGA性能的制约,无法进行100Mbps以上的传输”(日高)。利用该LAN系统实际进行数据传输的结果证明,误码率在10-13以下,已经达到了实用值。这时,SFQ电路的耗电仅为0.66mW。“而由普通半导体LSI组成的路由设备则会超过100W”。 不过,从整个系统来看,此次试制设备的耗电要高于原来的路由设备。这是因为,将芯片冷却到液体He(氦)温度所需的低温泵的耗电为6kW。“因为现在是利用金属线连接芯片与外界,会有相当于1W耗电的热量进入芯片。今后,我们将通过导入光布线而非金属线来抑制热量的进入”(日高)。日高表示,如果利用COMS技术制造预计将于2015年实现的、开关容量达100Tbps的开关设备,设备重量和耗电量将分别达到22吨和320kW。与此相比,利用SFQ电路的开关设备可分别降低200kg和10kW。 |