L'équipe dirigée par l'USC Viterbi remporte le prix US NSF "Expeditions in Computing" pour faire progresser la conception électronique supraconductrice - USC Viterbi |  École d'ingénieurs

Le rôle déterminant du DISCoVER Expedition Award, dirigé par l’USC, dans le développement de solutions informatiques plus efficaces (CRÉDIT PHOTO : USC Viterbi)

L’informatique est à la base de la résolution d’un large éventail de défis sociétaux : de l’automatisation au changement climatique. Mais l’industrie informatique se trouve à la croisée des chemins avec des défis de mise à l’échelle sans cesse croissants et des demandes de puissance importantes. La croissance continue de l’informatique nécessite des technologies transformationnelles qui peuvent réduire la consommation d’énergie et permettre des découvertes révolutionnaires pour l’avenir. C’est avec ce défi à l’esprit que le programme Expeditions in Computing de la National Science Foundation (NSF) des États-Unis a accordé 15 millions de dollars au DÉCOUVRIR Expédition équipe dirigée par l’USC, avec un consortium d’universités comprenant l’Université Auburn, l’Université Cornell, l’Université Northeastern, l’Université Northwestern, l’Université de Rochester et l’Université nationale de Yokohama (le partenaire universitaire international). Il s’agit de l’un des deux seuls prix nationaux des expéditions annoncés cette année.

“Les deux prix 2022 soutiennent les efforts qui envisagent les futurs matériaux pour les systèmes informatiques à l’ère de la loi post-Moore”, a déclaré Margaret Martonosi, directrice adjointe de la NSF pour l’informatique et les sciences de l’information et l’ingénierie.

L’expédition DISCoVER (Design & Integration of Superconductive Computation for Ventures Beyond Exascale Realization) vise à jouer un rôle déterminant pour assurer la prééminence des États-Unis en tant que leader technologique mondial et guider les futurs investissements dans la fabrication de matériel et de puces. Pour permettre ce leadership, l’équipe DISCoVER travaillera à transformer la façon dont l’informatique moderne est exécutée en utilisant supraconducteur l’électronique pour concevoir des tissus informatiques “exascale” durables, à grande échelle et performants.

Le professeur Massoud Pedram du département de génie électrique et informatique Ming Hsieh dirige l'équipe (CRÉDIT PHOTO : USC Viterbi)

Le professeur Massoud Pedram du département de génie électrique et informatique Ming Hsieh dirige l’équipe (CRÉDIT PHOTO : USC Viterbi)

L’équipe DISCoVER se concentrera sur le développement de solutions matérielles et logicielles complètes permettant la conception, l’optimisation et la démonstration de nouveaux dispositifs supraconducteurs, de circuits logiques quantiques à flux unique et de systèmes supraconducteurs à très hautes performances et à très haute efficacité énergétique, approchant la limite théorique d’efficacité énergétique. L’équipe se concentrera sur des puces comprenant des «jonctions Josephson» supraconductrices à base de niobium, qui fonctionnent à une température très froide de 4,2 Kelvin et stockent des valeurs logiques (0 et 1) en créant ou en supprimant des courants persistants dans des boucles supraconductrices. Ces boucles présentent une résistance nulle et ne perdent donc pas d’énergie. Cette approche s’écarte radicalement des pratiques actuelles de conception de semi-conducteurs, qui utilisent des transistors CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire) à base de silicium pour traiter les valeurs logiques.

Selon l’équipe, ce type de puissance de calcul est un impératif pour résoudre des problèmes de calcul complexes qui traitent des ensembles de données à grande échelle, tels que ceux nécessaires au développement de médicaments (qui montrent rapidement la viabilité et l’impact), l’exécution de modèles de changement climatique, ou même des problèmes comme la chaîne d’approvisionnement.

L’équipe interdisciplinaire sera dirigée par Massoud Pedram, professeur au département de génie électrique et informatique de l’USC Viterbi Ming Hsieh, dont l’expertise en recherche porte sur l’informatique verte, l’électronique basse consommation et les technologies post-CMOS. Plus précisément, l’équipe technique de l’USC, qui comprend Timothy Pinkston, vice-doyen aux affaires professorales de l’USC Viterbi et professeur de génie électrique et informatique, et Murali Annavaram, professeur de génie électrique et informatique et d’informatique, se concentrera sur le développement de circuits supraconducteurs et d’architectures qui cibler une multitude d’applications, y compris les processeurs à usage général, les accélérateurs de réseaux neuronaux, les machines Ising en tant que solutionneurs matériels de problèmes d’optimisation combinatoire et le contrôle classique pour les ordinateurs quantiques.

L’effort de recherche entrepris par les universités partenaires travaillera en tandem avec les travaux de l’USC et se concentrera sur de nouveaux matériaux et dispositifs, la conception de mémoire sur puce et les interfaces avec l’électronique à température ambiante pour permettre la conception et le prototypage d’un système supraconducteur de cryogénie cœurs de calcul (SuperSoCC). On s’attend à ce que le SuperSoCC soit capable d’offrir une efficacité énergétique au moins 100 fois supérieure à celle du CMOS tout en offrant des performances comparables aux puces de traitement multicœur à base de semi-conducteurs de pointe. De plus, le SuperSoCC peut également offrir une amélioration de la vitesse de traitement au moins 10 fois supérieure au même niveau de consommation d’énergie que l’informatique basée sur CMOS. Ces gains de performance sont réalisables malgré le coût énergétique du refroidissement cryogénique requis.

Grâce à ce programme de recherche à multiples facettes, l’expédition DISCoVER réduira méthodiquement les barrières technologiques à l’adoption de l’électronique supraconductrice, à savoir la mise à l’échelle physique, la complexité de l’intégration, la prise en charge des outils et l’interfaçage avec l’électronique à température ambiante.

Discutant de la vaste portée de cette recherche, le professeur Pedram a déclaré :Alors que les limites fondamentales de mise à l’échelle du CMOS sont proches, le moment est venu pour une expédition d’explorer les technologies informatiques perturbatrices émergentes. L’expédition DISCoVER explorera la nouvelle électronique supraconductrice en tant que technologie informatique post-CMOS viable. L’électronique supraconductrice peut offrir des performances et une efficacité énergétique ultra-élevées à grande échelle.

L’objectif plus large de l’équipe DISCoVER est d’autonomiser une nouvelle génération d’ingénieurs et d’entrepreneurs diversifiés qui apporteront des dispositifs et des circuits supraconducteurs au courant dominant du calcul haute performance. Pour ce faire, l’équipe développera un nouveau programme pour les étudiants de l’enseignement supérieur et les étudiants de la maternelle à la 12e année, et mènera d’importants efforts de sensibilisation pour élargir davantage la participation à l’informatique.

“Cette expédition DISCoVER ouvrira la voie à des innovations majeures dans l’électronique intégrée, l’informatique exascale durable et l’accélération de l’apprentissage automatique”, a déclaré Pedram.

D’autres professeurs de l’USC impliqués dans cette expédition comprennent le professeur Yingying Fan de l’USC Marshall School of Business et le professeur Julia Albright de l’USC Dornsife College of Letters, Arts, and Sciences, qui enquêteront sur les impacts environnementaux, commerciaux et socio-économiques de l’électronique supraconductrice dans général et les recherches de l’expédition DISCoVER en particulier.

Publié le 22 avril 2022

Dernière mise à jour le 22 avril 2022