더 나은 슈퍼컴퓨터를 구축하는 것은 많은 기술 회사, 연구 기관 및 정부 기관이 수십 년 동안 시도한 것이다. 그러나 피할 수 없는 물리적 제약이 하나 있다. 슈퍼컴퓨팅을 위한 전기 전도는 비용이 많이 든다는 것이다.

경제적 의미에서가 아니라 경제적 의미에서도 그렇다. 그러나 에너지 관점에서는 그렇다. 더 많은 전기를 전도할수록 더 많은 저항이 발생한다. 이는 열과 진동의 형태로 더 많은 에너지를 낭비한다는 것을 의미한다. 그리고 너무 뜨거워지면 안 되기 때문에 회로를 식히기 위해 더 많은 에너지를 소비해야 한다.

모든 게이머 또는 일반 노트북 사용자는 과열 문제에 익숙하다. 슈퍼컴퓨팅은 기하급수적 규모로 동일한 문제를 처리하며, 에너지 사용량도 비슷하게 확대되어 상당한 비용 문제가 발생한다(경제적 문제가 있음). 그렇기 때문에 이러한 문제를 제어하려는 소비자용 슈퍼컴퓨터는 최소 6,000달러를 지출하게 되며, 슈퍼컴퓨팅 전체가 코드 크래킹 스파이 기관, 다양한 기업과 정부, 대규모 자금 지원 연구 기관에서 실제로 처리되는 빅 데이터를 위해 예약된 이유이다.

새로운 나노와이어 혁신은 모든 것을 바꿀 유사한 혁신의 물결에서 첫 번째가 될 수 있다.

사라진 초전도체 미니어처

슈퍼컴퓨팅 개발과 전자/물리학 전반의 성배 중 하나는 자원 및 비용 효율적인 초전도 재료를 개발하는 것이다. 일반 전기 전도체와 달리 초전도체는 저항 없이 전자(즉, "전기")를 전송한다. 입력된 것과 정확히 동일한 양의 에너지를 출력하고 열이나 소리 측면에서 "낭비" 에너지를 소산하지 않다. 이것은 그들이 달리는 데 훨씬 적은 에너지가 필요하고 냉각하는 데 에너지가 필요하지 않다는 것을 의미한다.

초전도체는 전기를 전도하는 동안 열을 발생시키지 않지만, 아직 발견되고 개발된 모든 초전도 물질은 초전도 능력을 얻기 위해 임계 온도 이하로 냉각되어야 한다. 이로 인해 슈퍼컴퓨터를 비롯한 대부분의 응용 프로그램에서 기존 재료 및 냉각 시스템을 사용하는 것보다 더 비싸고 다루기 어렵다. 그러나 어바나 샴페인에 있는 일리노이 대학교의 연구원들은 게임 체인저가 될 수 있는 작동하는 초전도 나노와이어 메모리 셀을 막 만들었다.

“장치 7715s1의 SEM 이미지. 두 개의 탄소 나노튜브 템플릿 Mo75Ge25 와이어는 2.5μm 간격으로 대략 150nm 너비의 트렌치를 가로질러 놓여 있다. 두 와이어의 치수는 비슷하지만 동일하지는 않는다. (b) 장치 82915s2의 SEM 이미지. Mo75Ge25(어두운 색)는 150nm 떨어져 있는 기하학적으로 다른 두 개의 나노와이어로 패턴화 되었다. 오른쪽 와이어의 너비가 균일하지 않는다."

그렇게 다 좋은가? 좋다.

이 전지는 나노와이어 루프와 두 개의 전극으로 구성되어 있으며, 초기 양전하 또는 음전하를 가함으로써 간단히 프로그래밍되며, 이는 루프 주위에 시계 방향 또는 반시계 방향으로 전자를 보낸다. 이 바이너리 옵션은 컴퓨팅에 필요한 0과 1과 동일하며, 추가 에너지가 가해지지 않아도 셀의 메모리가 보존된다. 즉, 와이어가 초전도성을 유지하는 한 전자는 계속 움직인다.

나노와이어를 초전도에 필요한 서늘한 조건으로 유지하는 것은 특히 자체 열을 생성하지 않을 때 현재의 슈퍼컴퓨팅 솔루션이 요구하는 것보다 훨씬 저렴하고 공간 집약적임이 입증될 수 있다. 그리고 물건이 더 작아지고 저렴해지면 완전히 새로운 시장이 열리고 추가 혁신의 물결이 시작된다.

자율주행차에 초전도 슈퍼컴퓨터를 탑재하는 것은 현실이 될 수 있으며, 이를 통해 제작과 운영 모두에 대해 훨씬 더 반응적이고 안정적이며 더 저렴하게 만들 수 있다. 우주에 한정된 슈퍼컴퓨터는 모든 종류의 학술 및 상업 응용 프로그램과 함께 확산될 수 있다. 조만간 스마트폰에 나노 크기의 냉각 시스템도 탑재되지는 않겠지만 데스크톱 슈퍼컴퓨터는 초기 비용과 장기적 비용을 크게 줄일 수 있다.

메모리를 보존하기 위해 전자 장치의 양자 상태를 변경하기 위해 상대적으로 낮은 에너지를 사용하는 양자 컴퓨팅은 의심할 여지없이 먼저 시장에 출시될 것이며 컴퓨팅 성능, 크기 및 효율성에서 몇 가지 주요 도약을 보게 될 것이다. Nanotech는 다양한 응용 프로그램을 위한 지도에 슈퍼컴퓨터를 유지하고 있으며 우리는 작은 것이 얼마나 될 수 있는지 보고 싶어 한다.