Ny generation Josephson-kretsar närmar sig ljusets hastighet
av Ragnhild Artimo Forum 1979-10, sida 21, 06.06.1979
Ny generation
Josephson-kretsa närmar sig ljusets hastighet
En ny generation experimentella mikrokretsar har utvecklats vid IBM:s forskningsdivision i New York. Operationstiden är 13 picosekunder, och de elektriska impulserna fortplantar sig i dessa kretsar med en hastighe mycket nära ljusets.
De nya på sk Josephson-teknologi baserade logiska kretsarna presenterades för pressen för en månad sedan.
aw” De nya logiska kretsarna är de snabbaste som någonsin tillverkats, och innebär ett avgörande framsteg inom tillämpningen av sk Josephson-teknologi — lågtemperaturteknologi — vid utvecklandet av datorkretsar. De har utvecklats av Tushar Gheewala, forskare vid IBM:s Thomas J Watson-center. Kretsarnas konstruktion och funktionsprincip presenterades av Gheewala vid den första gigabitlogikkonferensen som
Elektronmikrografi av den nya Jo sephson-kretsens = elinmatningsport som utför en AND-operation. Josephson-övergångarna är de två cirkelformade fördjupningarna på det rektangulära fältet upptill på bilden.
FORUM 10/7 arrangerades i Florida i maj (giga = 1 000 000 000 = 107).
”Elinmatningslogik”
De nya logiska kretsarna kallas ”current injection logic” (”elinmatningslogik”). I likhet med tidigare utvecklade Josephson-kretsar opererar de vid temperaturer nära absoluta nollpunkten (—273? C), där många metallers elektriska motstånd försvinner totalt, varvid de blir supraledande.
De nya kretsarna avviker från tidigare Josephson-kretsar genom dJosephson-övergångar kan kopplas på och av både med användande av direkt elinmatning och med magnetiska fält. Inne i kretsen finns en ”ingångsport”, en ny teknisk lösning, bestående av två Josephson-övergångar sammankopplade med en supraledande induktans.
De nya logiska kretsarnas operationstid är 13 picosekunder (pico = 10722), Den faktiska kopplingstiden är bara 7 picosekunder, medan den elektriska impulsen behöver 6 picosekunder för att fortplanta sig från en krets till en annan, 13 picosekunder är rekord för en sk OR-krets, som kopplas på eller av då någondera av dess två inmatningslinjer mottar en signal. AND-kretsar, som kopplas på endast då vardera av dess inmatningslinjer mottar en signal, har en kopplingstid på 26 picosekunder. ORoch AND-kretsar hör till baskomponenterna i en dator. I vardera fallen är de nya kretsarna cirka tre gånger snabbare än tidigare Josephson-kretsar, och minst tio gånger snabbar än de snabbaste transistorerade 1ogiska kretsarna.
En annan viktig faktor är ait de genererar tusen gånger mindre värme än transistorkretsar med hög hastighet, vilket betyder att de kan packas mycket tätt för att minimera att signalerna från en krets till en annan fördröjs. Transistorkretsar måste vara mera skrymmande för att undvika överhettning.
Flera linjer in och ut
Konstruktionen av de nya kretsarna medger användande av mera varierande strömstyrka än de tidigare Josephson-kretsarna, och den utgående signalen är ungefär dubbelt så stark som tidigare versioner. Dessa egenskaper medger ett större antal ingående och utgående linjer.
Dr Gheewala har konstruerat ORoch AND-kretsar med 2—8 inmatningslinjer och 1—6 utgångsbelastningskretsar. Fördröjningen inklusive signalens fortplantningstid varierar från minimum 13 picosekunder för en OR-krets med 2 ingående och 1 utgående linje, till 41 picosekunder för en AND-krets med 4 ingående och 2 utgående linjer. Denna fördröjningstid mättes genom att man sammankopplade en serie på 10 kretsar och dividerade sluttiden med 10.
Varje extra utgångsbelastningskrets ökar fördröjningstiden med i genomsnitt 6 picosekunder, Kretsarnas genomsnittliga energiförbrukning är 6 mikrowatt (mikro = 1075).
Kretsarna är tillverkade med en minimumlinjebredd på 2,5 mikrometer av samma typ som i avancerade kommersiella halvledarkreftsar. Genom att skära ner linjebredden till 1 mikrometer — vilket låter sig göras med användande av elektronstrållitografi — är det möjligt att ytterligare reducera kopplingstiden, Genom att denna redan nu är så extremt kort, vore egentligen den enda fördelen med mindre kretsar att de avstånd signalerna tillryggalägger på en chip blir kortare.
21