Вычислительная система со сверхпроводящими и несверхпроводящими компонентами, расположенными на общей подложке
Изобретение относится к полупроводниковым приборам. Технический результат направлен на снижение теплопроводности и повышение эффективности работы вычислительной системы. Вычислительная система содержит: корпус, внутри которого поддерживается более низкое давление, чем атмосферное давление снаружи корпуса, первую подложку, а также вторую подложку и теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, при этом первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, а вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Уровень техники
[0001] Интегральные схемы на основе полупроводников, используемые в электронных устройствах, таких как цифровые процессоры, включают в себя цифровые схемы, в основе которых используются технологии комплементарных металл-оксидных полупроводников (CMOS). Однако технология CMOS исчерпывает свои возможности с точки зрения размеров устройства. Кроме того, потребление энергии на высоких тактовых частотах цифровыми схемами, основанными на технологии CMOS, все чаще становится ограничивающим фактором в высокопроизводительных цифровых схемах и системах. Например, серверы в центре хранения и обработки данных (дата-центре) потребляют энергию во всевозрастающем количестве. Потребление электроэнергии частично является результатом потерь мощности из-за рассеивания энергии, даже тогда, когда схемы CMOS неактивны. Это связано с тем, что даже тогда, когда такие схемы неактивны и не потребляют динамическую мощность, они все равно потребляют электроэнергию из-за необходимости поддерживать состояние транзисторов CMOS.
[0002] Дополнительным подходом к использованию процессоров и связанных с ними компонентов, основанным на технологии CMOS, является использование компонентов и устройств на основе сверхпроводящей логики. Компоненты и устройства на основе сверхпроводящей логики также могут использоваться для обработки квантовой информации, такой как кубиты. Но даже устройства на основе сверхпроводящей логики, такие как сверхпроводящие запоминающие устройства, потребляют значительное количество энергии из-за необходимости работать при криогенных температурах (например, 4 К).
Сущность изобретения
[0003] В одном аспекте настоящего раскрытия изобретения предусмотрена вычислительная система, включающая в себя корпус, внутри которого поддерживается более низкое давление, чем атмосферное давление снаружи корпуса. Вычислительная система может дополнительно включать в себя первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, где вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, где первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки, и где второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, где первый конец расположен напротив второго конца, где каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора, и где каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства.
[0004] Вычислительная система может дополнительно включать в себя вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, где третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки, и где четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, где третий конец расположен напротив четвертого конца, и где каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения по меньшей мере поднабора из первого множества компонентов по меньшей мере с поднабором из второго множества компонентов.
[0005] Вычислительная система может дополнительно включать в себя теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре, и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, большей, чем первая температура, и где первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, и вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
[0006] В другом аспекте настоящего изобретения предусмотрена вычислительная система, содержащая корпус, внутри которого поддерживается вакуум. Вычислительная система может дополнительно включать в себя первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, где вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, где первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки, и где второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, где первый конец расположен напротив второго конца, где каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора, и где каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства.
[0007] Вычислительная система может дополнительно включать в себя вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, где третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки, и где четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, где третий конец расположен напротив четвертого конца, и где каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения по меньшей мере поднабора из первого множества компонентов по меньшей мере с поднабором из второго множества компонентов.
[0008] Вычислительная система может дополнительно включать в себя теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре, и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, и где первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, и вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
[0009] В еще одном аспекте настоящее раскрытие относится к вычислительной системе, включающей в себя корпус, внутри которого поддерживается вакуум. Вычислительная система может дополнительно включать в себя первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, где вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, где первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки, и где второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, где первый конец расположен напротив второго конца, где каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора, и где каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства, и где первый радиатор присоединен к первой подложке для термического закрепления первой подложки.
[00010] Вычислительная система может дополнительно включать в себя вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, где третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки, и где четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, где третий конец расположен напротив четвертого конца, и где каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения по меньшей мере поднабора из первого множества компонентов по меньшей мере с поднабором из второго множества компонентов, и где второй радиатор присоединен ко второй подложке для термического закрепления второй подложки.
[00011] Вычислительная система может дополнительно включать в себя теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре, и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, и где первая температура ниже 9 градусов Кельвина, и вторая температура находится в диапазоне от 80 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
[00012] Это краткое изложение сущности изобретения предоставлено в качестве ознакомления в упрощенном виде с подборкой концепций, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Данное краткое изложение сущности изобретения не предназначено ни для определения ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, ни для использования в качестве ограничения объема заявленного изобретения.
Краткое описание чертежей
[00013] Настоящее раскрытие проиллюстрировано посредством примера и не ограничено сопроводительными фигурами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы. Элементы на фигурах проиллюстрированы для простоты и ясности и не обязательно выполнены в масштабе.
[00014] На фиг.1 показана вычислительная система, включающая в себя компоненты, расположенные по меньшей мере на одной общей подложке, где по меньшей мере одна общая подложка находится внутри корпуса, в соответствии с одним примером;
[00015] На фиг.2 показан вид в разрезе вычислительной системы в соответствии с одним примером;
[00016] На фиг.3 показан детальный вид части вычислительной системы (фиг.1) в соответствии с одним примером;
[00017] На фиг.4 показан детальный вид части вычислительной системы (фиг.1) в соответствии с одним примером;
[00018] На фиг.5 показана схема (сверхпроводящего или несверхпроводящего) компонента в соответствии с одним примером;
[00019] На фиг.6 показаны компоненты (например, сверхпроводящие компоненты или несверхпроводящие компоненты), присоединенные к подложке с использованием столбиковых выводов из припоя в соответствии с одним примером;
[00020] На фиг.7 показан вид в разрезе сверхпроводящего компонента в соответствии с одним примером; и
[00021] На фиг.8 показана подложка с графиком, показывающим изменение температуры по длине подложки в соответствии с одним примером.
Подробное описание изобретения
[00022] Примеры, описанные в этом раскрытии, относятся к вычислительным системам, которые включают в себя сверхпроводящие компоненты и устройства. Некоторые примеры настоящего раскрытия относятся к вычислительной системе, содержащей компоненты, работающие при криогенных температурах (например, при 4 градусах Кельвина или ниже), и компоненты, работающие при некриогенных температурах (например, при 300 градусах Кельвина или выше). В одном примере сверхпроводящая система размещена в вакуумной сборке. В этом примере сверхпроводящая система может включать в себя один или несколько сверхпроводящих компонентов, сформированных на подложке. Сверхпроводящий компонент может включать в себя кристаллы с интегральными микросхемами, установленные на подложке. Сверхпроводящие компоненты и устройства могут использовать джозефсоновские переходы для реализации функциональных возможностей, связанных со схемой. Примерный джозефсоновский переход может включать два сверхпроводника, соединенных через область, препятствующую протеканию тока. Область, которая препятствует протеканию току, может быть физическим сужением самого сверхпроводника, металлической областью или тонким изолирующим барьером. Например, джозефсоновские переходы типа сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (SIS) могут быть реализованы как часть сверхпроводящих цепей. Например, сверхпроводники представляют собой материалы, которые могут проводить постоянный электрический ток (DC) в отсутствие электрического поля. Сверхпроводники имеют критическую температуру (Tc), ниже которой они имеют нулевое сопротивление. Ниобий, один из таких сверхпроводников, имеет критическую температуру (Tc) 9,3 градуса Кельвина. При температурах ниже Tc ниобий является сверхпроводящим; однако при температурах выше Tc он ведет себя как обычный металл с электрическим сопротивлением. Таким образом, в джозефсоновских переходах типа SIS сверхпроводники могут быть ниобиевыми сверхпроводниками, и изоляторы могут быть барьерами из Al2O3. В переходах типа SIS сверхпроводящие электроны описываются квантово-механической волновой функцией. Изменяющаяся во времени разность фаз волновой функции сверхпроводящих электронов между двумя сверхпроводниками соответствует разности потенциалов между двумя сверхпроводниками.
[00023] Различные сверхпроводящие цепи, включая линии передачи данных, могут быть сформированы путем соединения нескольких джозефсоновских переходов с помощью индукторов или других компонентов, если это необходимо. Микроволновые импульсы могут проходить по этим линиям передачи данных под управлением по меньшей мере одного тактового генератора. Микроволновые импульсы могут быть положительными или отрицательными или их комбинацией. Микроволновые импульсы могут иметь частоту до 10 ГГц или выше. Для поддержки не только высокочастотных микроволновых сигналов, но и сигналов постоянного тока (DC) может потребоваться любая печатная плата или другой тип конструкции, например переходник с такими сверхпроводящими цепями.
[00024] Хотя сверхпроводимость дает несколько преимуществ, в том числе более низкое сопротивление и лучшие характеристики полосы пропускания, сверхпроводящие материалы необходимо эксплуатировать при криогенных температурах (например, 4K). Для охлаждения типичной среды с температурой 4K может потребоваться приблизительно 300 Вт мощности на один Ватт; тогда как при некриогенной температуре (например, при температуре окружающей среды приблизительно 300 К) может потребоваться только один ватт мощности на один Ватт. В случае большой вычислительной системы, которая осуществляет интенсивную обработку данных, для среды с температурой 4K могут потребоваться сотни мегаватт электрической мощности. В настоящем раскрытии описана вычислительная система, которая может преимущественно потреблять меньше энергии за счет ограничения теплопроводности между стороной с температурой 4K и стороной с температурой 300K путем совместного размещения компонентов на одной подложке, которая дополнительно размещена внутри вакуумной камеры. Кроме того, использование дополнительных функций, снижающих теплопроводность, позволяет еще больше повысить эффективность работы такой системы. Например, теплозащитные экраны могут использоваться для теплообмена излучением.
[00025] На фиг.1 показана вычислительная система 100, включающая в себя компоненты, расположенные на по меньшей мере одной общей подложке, где по меньшей мере одна общая подложка находится внутри корпуса, в соответствии с одним примером. В этом примере корпус 102 может быть выполнен с возможностью поддержания вакуума внутри корпуса. Таким образом, несколько компонентов (например, процессоры и память), соответствующие вычислительной системе 100, расположены внутри корпуса, который поддерживает вакуум. Корпус 102 может включать в себя несколько подложек (например, подложку 104, 106 и 108). Каждая из этих подложек может быть сформирована с использованием стекла или других подходящих материалов; например, полимеров различного типа. В одном примере стеклянный материал может быть боросиликатным стеклом. В одном примере каждая из этих подложек может быть цельной стеклянной подложкой. Корпус 102 может дополнительно включать в себя теплозащитный экран 112 с температурой 77K, который может быть выполнен с возможностью термической изоляции участков каждой из подложек, расположенных внутри теплозащитного экрана 112 с температурой 77K. Теплозащитный экран 112 с температурой 77K может охлаждаться посредством жидкого гелия, протекающего через каждую из трубок 120 и 122, показанных на фиг.1. Трубки 120 и 122, по которым протекает жидкий гелий, могут быть припаяны к теплозащитному экрану 112 с температурой 77K. В одном примере теплозащитный экран 112 с температурой 77K может быть сформирован с использованием сплава никель-железо (например, мю-металла). Теплозащитный экран 112 с температурой 77K дополнительно может быть обернут многослойной изоляцией (не показана). Таким образом, теплозащитный экран 112 с температурой 77K может эффективно обеспечивать тепловую изоляцию между пространством с температурой 4K и пространством с температурой 300K. В одном примере сверхпроводящие компоненты (например, центральные процессоры (CPU), графические процессоры (GPU), процессоры с искусственным интеллектом, программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), специализированные интегральные схемы (ASIC), специализированные стандартные продукты (ASSP), системы на кристалле (SOC), сложные программируемые логические устройства (CPLD)) могут быть расположены по направлению к первому концу каждой из общих подложек (например, 104, 106 и 108). Сверхпроводящие компоненты могут быть выполнены с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора. Используемая в данном документе фраза "в основном функциональные возможности процессора" может включать в себя любые функциональные возможности, которые требуются для реализации функциональных возможностей процессора. В качестве примера, а не ограничения, фраза "в основном функциональные возможности процессора" может включать в себя по меньшей мере одно из: (или любое подходящее их сочетание) функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
[00026] Продолжая ссылаться на фиг.1, первый конец может поддерживаться при температуре, которая подходит для обеспечения работы сверхпроводящих устройств в соответствии с принципами сверхпроводимости. Таким образом, сверхпроводящие компоненты можно поддерживать при криогенных температурах (например, от 2 К до 77 К). Это может быть достигнуто за счет комбинации тепловой изоляции и охлаждения с помощью жидкого гелия или других аналогичных хладагентов. Например, медные боковые стенки 130 могут быть установлены рядом со сверхпроводящими компонентами. Медные боковые стенки 130 можно также охлаждать с помощью жидкого гелия, протекающего по трубкам (например, трубке 120), как показано на фиг.1. В одном примере для правильной работы системы, функционирующей в криогенной среде, может потребоваться вакуум. В одном примере вакуум может относиться к давлению в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр. Использование вакуума гарантирует отсутствие конвекции и, таким образом, позволяет прикреплять компоненты, которые работают при очень разных температурах, к одной и той же подложке. Следует понимать, что упомянутые в данном документе диапазоны температур относятся к температуре окружающей среды, в которой эти компоненты работают, а не к температуре самих компонентов. Таким образом, ссылки, такие как компоненты "работают при" или "поддерживаются при", относятся к температуре окружающей среды, в которой эти компоненты работают или поддерживаются внутри.
[00027] По-прежнему обращаясь к фиг.1, в этом примере несверхпроводящие компоненты (например, CMOS, BiCMOS или устройства других типов, которые подходят для работы, не требующей криогенных температур) могут быть расположены ближе ко второму концу каждой из общих подложек (например, 104, 106 и 108). В этом примере несверхпроводящие компоненты могут содержать компоненты памяти, включая любые из компонентов энергонезависимой или энергозависимой памяти. Компоненты энергозависимой памяти могут включать в себя любые из компонентов памяти различных типов с произвольным доступом, включая компоненты динамической памяти с произвольным доступом (DRAM). Компоненты энергонезависимой памяти могут включать в себя любые из компонентов памяти различных типов, которые могут хранить информацию даже тогда, когда на них не подается питание, включая компоненты флэш-памяти. Несверхпроводящие компоненты могут также включать в себя программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), специализированные интегральные схемы (ASIC), специализированные стандартные продукты (ASSP), системы на кристалле (SOC) и сложные программируемые логические устройства (CPLD). Таким образом, хотя несверхпроводящие компоненты могут обеспечивать в основном функциональные возможности запоминающего устройства, они могут включать в себя такие компоненты, как ASIC, ASSP, SOC, CPLD или контроллеры других типов, которые могут координировать взаимодействие между сверхпроводящими компонентами и несверхпроводящими компонентами и выполнять функции управления и администрирования запоминающих устройств, включая DRAM. Используемая в данном документе фраза «в основном функциональные возможности запоминающего устройства» может включать в себя любые функциональные возможности, которые требуются для реализации функции хранения. В качестве примера, а не ограничения, фраза «в основном функциональные возможности запоминающего устройства» может включать в себя по меньшей мере одно из (или любую подходящую комбинацию из): функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
[00028] При обращении по-прежнему к фиг.1, несверхпроводящие компоненты можно поддерживать при некриогенных температурах (например, от 200K до 400K). Это может быть достигнуто за счет комбинации теплоизоляции и охлаждения с использованием воды или другого хладагента. В качестве примера, медные боковые стенки 140 могут быть установлены рядом с несверхпроводящими компонентами. Медные боковые стенки 140 также могут охлаждаться водой (или каким-либо другим хладагентом), протекающим по трубкам (например, трубкам 142 и 144), как показано на фиг.1.
[00029] Продолжая ссылаться на фиг.1, сверхпроводящие компоненты и несверхпроводящие компоненты могут взаимодействовать друг с другом, используя дорожки схемы, сформированные на верхней или нижней поверхности каждой из общих подложек (например, 104, 106 и 108). Дорожки схемы могут быть сформированы с использованием подходящего производственного процесса, включая, помимо прочего, селективное лазерное спекание, моделирование наплавленного осаждения, прямое лазерное спекание металла, стереолитографию, плакирование, электронно-лучевое плавление, прямое производство электронным лучом, распыление аэрозоля, струйную печать, изготовление полутвердых материалов произвольной формы, цифровую обработку света, двухфотонную полимеризацию, изготовление ламинированных объектов, 3D-печать или другие аналогичные процессы изготовления. В одном примере дорожки схемы могут быть выполнены из ниобия (или другого подходящего сверхпроводящего материала) в области подложки, которая включает в себя сверхпроводящие компоненты. Эта область может исключать любой нормальный металл, например, медь. В другой области дорожки схемы могут быть выполнены как из ниобия, так и из меди (или другого подходящего металла или металлического сплава, содержащего сверхпроводящий металл и нормальный металл), которые включают в себя несверхпроводящие компоненты. Благодаря тому, что сверхпроводящие компоненты и несверхпроводящие компоненты взаимодействуют через сигнальные дорожки, расположенные на одной и той же подложке, можно преимущественно снизить задержку. Это связано с тем, что непосредственная близость этих компонентов позволяет уменьшить задержку. Кроме того, это также позволяет снизить тепловые паразитные явления. Хотя на фиг.1 показана определенная компоновка компонентов, подложек и других компонентов, они могут размещаться различным образом. В дополнение к этому, может присутствовать меньшее количество или дополнительные компоненты, подложки и другие компоненты.
[00030] Обратимся теперь к фиг.2, на которой показан вид 200 в разрезе вычислительной системы 100 в соответствии с одним примером. Одинаковые или аналогичные компоненты, показанные на фиг.2, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. В этом примере сверхпроводящие компоненты 230 и несверхпроводящие компоненты 240 показаны прикрепленными к подложке 220. В одном примере сверхпроводящие компоненты могут быть прикреплены к каждой из общих подложек с использованием любого из различных способов, включая присоединение по технологии перевернутого кристалла ("флип-чип"). Аналогичным образом, несверхпроводящие компоненты могут быть прикреплены к каждой из общих подложек с использованием любого из различных способов, включая присоединение методом перевернутого кристалла. Эти компоненты могут взаимодействовать друг с другом через сигнальные линии, сформированные на каждой из общих подложек (как описано ниже). Теплозащитный экран 112 используется для термического отделения сверхпроводящих компонентов 230 от несверхпроводящих компонентов 240. В этом примере сверхпроводящие компоненты 230 расположены по направлению к правому концу подложки 220, и несверхпроводящие компоненты 240 расположены по направлению к левому концу общей подложки 220. Таким образом, два типа компонентов термически отделены друг от друга теплозащитным экраном 112. Теплозащитный экран 112 и другие теплоизоляционные элементы позволяют сверхпроводящим компонентам работать при криогенной температуре (например, ниже 9 К) и несверхпроводящим компонентам работать при существенно более высокой температуре (например, в диапазоне от 10 К до 400 К). На фиг.2 показаны дополнительные теплоизоляционные компоненты, включая, например, медные боковые стенки 250. Кроме того, на фиг.2 показаны медные радиаторы, например, медный радиатор 260, который будет описан ниже. Хотя на фиг.2 показано определенное количество компонентов, скомпонованных определенным образом, вычислительная система 100 может включать в себя меньшее количество или дополнительные компоненты, расположенные иным образом.
[00031] В соответствии с одним примером на фиг.3 показан детальный вид 300 части вычислительной системы 100, показанной на виде 200 в разрезе. На детальном виде 300 показаны несверхпроводящие компоненты 310, которые могут включать в себя компоненты, которые выполнены с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства. Кроме того, как описано ранее, радиатор 320 и радиатор 330 могут быть выполнены с возможностью уменьшения теплового излучения от несверхпроводящих компонентов. Каждый из этих радиаторов может быть выполнен из меди или другого подходящего теплопроводящего металла или сплава. Клиновые зажимы 316 могут использоваться для обеспечения плотного соединения между радиаторами и подложкой, включая компоненты, установленные на подложке. На фиг.3 дополнительно показана трубка 312, которая может быть припаяна к медной боковой стенке 130. Некоторые аналогичные компоненты, показанные на фиг.3 пронумерованы с использованием таких же ссылочных позиций, как и на фиг.1 и фиг.2. Хотя на фиг.3 показано определенное количество компонентов, скомпонованных определенным образом, вычислительная система 100 может включать в себя меньшее количество компонентов или дополнительные компоненты, расположенные иным образом.
[00032] В соответствии с одним примером на фиг.4 показан детальный вид 400 части вычислительной системы 100 по фиг.1. Как показано на детальном виде 400, вычислительная система 100 может включать в себя подложки 402 и 404, размещенные в корпусе, описанном ранее. Подложка 402 расположена в плоскости и имеет верхнюю поверхность 460 и нижнюю поверхность 462. Подложка 404 расположена в другой плоскости, а также имеет верхнюю поверхность 470 и нижнюю поверхность 472. В этом примере верхняя поверхность каждой из подложки расположена напротив нижней поверхности каждой из подложек. В этом примере сверхпроводящие компоненты 406, 408 и 410 (или несверхпроводящие компоненты) прикреплены к верхней поверхности каждой из подложек 402 и 404. В этом примере сверхпроводящие компоненты могут быть прикреплены к каждой из подложки с использованием припоя из индия. Медные радиаторы 454, 456, 466 и 476 могут быть выполнены с возможностью обеспечения теплового пути для отвода тепла от сверхпроводящих компонентов. Для более плотного контакта сверхпроводящих компонентов (например, 406, 408 и 410) с медными радиаторами 466 и 476 могут использоваться механизмы, такие как пружинные механизмы 442, 444 и 446. Кроме того, клиновые зажимы (например, 452) можно использовать для прижима подложек (например, подложки 402) к медным боковым стенкам, чтобы обеспечить другой тепловой путь для охлаждения подложек и компонентов, прикрепленных к общим подложкам. В этом примере компоненты, прикрепленные к подложкам 402 и 404, могут быть покрыты или заполнены теплопроводящим материалом (например, индиевым припоем) для устранения несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) между медными радиаторами и компонентами (например, как сверхпроводящими компонентами, так и несверхпроводящими компонентами), которые в основном выполнены из кремния. Хотя на фиг.4 показано определенное количество компонентов, скомпонованных определенным образом, вычислительная система 100 может включать в себя меньшее количество или дополнительные компоненты, расположенные иным образом.
[00033] На фиг.5 показан компонент 500 (например, любой из компонентов, описанных ранее) в соответствии с одним примером. Компонент 500 может включать в себя несколько кристаллов, расположенных в разных положениях. Каждый из кристаллов 504, 506, 508, 510, 512, 514, 516, 518 и 520 может быть подключен через сигнальные дорожки к разъемам в основании компонента 500 (не показан). Эти соединители, в свою очередь, могут быть соединены с шариками припоя или другими механизмами крепления для прикрепления каждого из компонентов к общей подложке. В одном примере параметры столбиковых выводов могут быть разными для каждой позиции. Сигнальные дорожки или линии могут соединять столбиковые выводы микросхемы с соединениями по периметру для оценки и тестирования компонентов. Хотя на фиг.5 показано определенное количество кристаллов, расположенных определенным образом, компонент 500 может включать в себя меньшее количество кристаллов или дополнительные кристаллы, расположенные иным образом.
[00034] На фиг.6 показан поперечный разрез компонентов (например, сверхпроводящих компонентов или несверхпроводящих компонентов), присоединенных к подложке с помощью столбиковых выводов из припоя. В этом примере компонент 604 может быть прикреплен к подложке 602 с помощью индиевых столбиковых выводов 612. Аналогичным образом компонент 606 может быть прикреплен к подложке 602 с помощью индиевых столбиковых выводов 614. Наконец, компонент 608 может быть прикреплен к подложке 602 с помощью индиевых столбиковых выводов 616. Хотя на фиг.6 показано определенное количество компонентов, прикрепленных к подложке с использованием индиевых столбиковых выводов, могут также использоваться другие способы крепления.
[00035] На фиг.7 показан поперечный разрез сверхпроводящего компонента 700 в соответствии с одним примером. Сверхпроводящий компонент 700 может включать в себя стопку сверхпроводящих слоев и диэлектрических слоев, сформированных на подложке. В одном примере сверхпроводящий компонент может быть сформирован для поддержки сигналов в диапазоне от постоянного тока до сигналов, имеющих частоту более 10 ГГц. В этом примере сверхпроводящий компонент может быть выполнен на больших кремниевых подложках, таких как пластины диаметром 200 мм, пластины диаметром 300 мм или даже пластины большего размера, которые можно разрезать на несколько кристаллов. В одном примере подложка может быть выполнена из кремния или любого другого теплоизоляционного или проводящего материала. Кроме того, в этом примере сигнальные дорожки и земляные шины могут быть сформированы путем напыления ниобия или аналогичного сверхпроводящего материала. В качестве примера могут быть также использованы соединения ниобия, такие как нитрид ниобия (NbN) или нитрид ниобия-титана (NbTiN). Кроме того, можно также использовать другие способы физического осаждения из паровой фазы (PVD), такие как молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE). В зависимости от типа материала, используемого для дорожек, можно также использовать процессы напыления, химического осаждения из паровой фазы (CVD), плазменного химического осаждения из паровой фазы (PECVD), процессы испарения или процессы осаждения атомных слоев (ALD). Таким образом, например, соединения ниобия, такие как NbN и NbTiN, могут быть образованы с использованием процесса CVD.
[00036] Продолжая ссылаться на фиг.7, в примерном сверхпроводящем компоненте 700 диэлектрические слои могут быть нанесены путем центрифугирования полиимида, бензоциклобутена (BCB), жидкокристаллического полимера (LCP) или какого-либо другого полимерного материала. Сверхпроводящий компонент 700 может дополнительно включать в себя межслойные соединения, которые могут быть образованы путем конформного осаждения ниобия на той же стадии осаждения, что и дорожки или земляные шины. В межслойном колодце можно нанести рисунок непосредственно в полиимиде с возможностью фотоизображения или протравить на отдельном этапе. Металлические дорожки и переходные отверстия могут быть определены на одном этапе субтрактивного травления. Соединения на основе контактных площадок могут быть выполнены с возможностью поддержки контактных площадок из Ti/Au или Ti/Al для различных технологий присоединения с использованием проволочных соединений или столбиковых выводов, сформированных методом перевернутого кристалла, и проволочных соединений, таких как столбиковый вывод из припоя индия, столбиковый вывод из припоя олово-серебро (Snag), золотой вывод в виде шарика с заостренный выступом, медный столбиковый вывод или столбиковые выводы для электрических межсоединений других типов.
[00037] По-прежнему обращаясь к фиг.7, сверхпроводящий компонент может включать в себя диэлектрический слой 704, сформированный поверх подложки 702. Подложка 702 может быть кремниевой подложкой, сапфировой подложкой, стеклянной подложкой или любой другой подходящей подложкой. Диэлектрический слой 704 может быть сформирован путем нанесения диэлектрика (например, жидкокристаллического полимера (LCP)) на подложку 702. Сверхпроводящий слой 706 может быть сформирован поверх диэлектрического слоя 704. Сверхпроводящий слой 706 может быть сформирован с использованием любого из способов осаждения, таких как CVD или PECVD, и затем нанесения рисунка на осажденный материал с помощью фотолитографии. В этом примере сверхпроводящий слой 706 может быть сформирован путем осаждения ниобия поверх диэлектрического слоя 704. Процесс фотолитографии может использоваться для нанесения рисунка сверхпроводящего слоя 706 для создания сверхпроводящих проводников или других сверхпроводящих структур. Затем с помощью таких процессов, как химико-механическая полировка, можно удалить лишние части сверхпроводящего слоя 706. В одном примере сверхпроводящие проводники могут быть сформированы с использованием ниобия или других подходящих металлов. Топология для сверхпроводящих структур может быть создана с использованием средства проектирования размещения компонентов и трассировки проводников, которое используется для создания топологии для сверхпроводящих проводников или других элементов. В качестве примера, фоторезист может иметь рисунок для защиты только тех зон сверхпроводящего слоя 706, которые будут сформированы как сверхпроводящие проводники или другие структуры, как определено топологией конкретного слоя, такого как металлический слой. Другие сверхпроводящие металлы или металлические сплавы также могут быть использованы на этом этапе. В одном примере переходные отверстия и дорожки могут быть сформированы путем конформного осаждения ниобия на том же этапе осаждения, который используется для формирования дорожек. Ниобий можно нанести путем напыления или других аналогичных процессов. Кроме того, можно также использовать другие способы физического осаждения из паровой фазы (PVD), такие как молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE). Сверхпроводящий компонент 700 может дополнительно включать в себя диэлектрический слой 708, сформированный поверх сверхпроводящего слоя 706. Диэлектрический слой 708 может быть сформирован путем осаждения диэлектрика (например, жидкого полимера) на сверхпроводящий слой 706. В одном примере диэлектрический слой 708 может быть сформирован путем центрифугирования полиимида на сверхпроводящий слой 706. Другой сверхпроводящий слой может быть сформирован поверх диэлектрического слоя 708. Межслойные соединения 710 и 712 могут быть сформированы путем создания сквозных или контактных отверстий в диэлектрическом слое 708 и заполнения их ниобием или аналогичным сверхпроводящим материалом. Дополнительные сверхпроводящие дорожки, включая 714, 716 и 718, могут быть сформированы как часть следующего сверхпроводящего слоя, включенного в сверхпроводящий компонент. Далее, диэлектрический слой 720 показан как сформированный поверх сверхпроводящих дорожек или плоскостей (например, как сверхпроводящий слой, включающий в себя сверхпроводящие дорожки 714, 716 и 718). Диэлектрический слой 720 может быть сформирован путем осаждения диэлектрика (например, жидкого полимера) на сверхпроводящий слой. В одном примере диэлектрический слой 720 может быть сформирован путем центрифугирования полиимида на сверхпроводящий слой. Затем другой сверхпроводящий слой может быть сформирован поверх диэлектрического слоя 720. Межслойные соединения могут быть сформированы путем создания сквозных или контактных отверстий в диэлектрическом слое 720 и заполнения их ниобием или аналогичным сверхпроводящим материалом. Дополнительные сверхпроводящие дорожки, включая 724, 726 и 728, могут быть сформированы как часть следующего сверхпроводящего слоя, включенного в сверхпроводящий компонент. В одном примере сверхпроводящие проводники могут быть сформированы с использованием ниобия или других подходящих металлов. Еще один диэлектрический слой 722 показан как сформированный поверх сверхпроводящих дорожек или плоскостей (например, как сверхпроводящий слой, включающий в себя сверхпроводящие дорожки 724, 726 и 728). Диэлектрический слой 722 может быть сформирован путем осаждения диэлектрика (например, жидкого полимера) на сверхпроводящий слой. В одном примере диэлектрический слой 722 может быть сформирован путем центрифугирования полиимида на сверхпроводящий слой. Далее, межслойные соединения 730 и 732 и сверхпроводящие дорожки 734, 736 и 738 показаны как сформированные. В одном примере сверхпроводящие проводники могут быть сформированы с использованием ниобия или других подходящих металлов. Затем может быть сформирован еще один диэлектрический слой 740. Этот слой может быть сформирован с использованием процессов, аналогичных описанным ранее. Далее, межслойные соединения 742 и 744 и сверхпроводящие дорожки 750, 752, 754, 756 и 758 показаны как сформированные. В одном примере сверхпроводящие проводники могут быть сформированы с использованием ниобия или других подходящих металлов. Наконец, межслойные соединения 764 и 766 показаны как сформированные для обеспечения соединений контактных площадок. Соединения на основе контактных площадок могут быть выполнены с возможностью поддержки контактных площадок из титана/золота (Ti/Au) или титана/алюминия (Ti/Al) для различных технологий присоединения с помощью столбиковых выводов и проволочных соединений, таких как индиевый столбиковый вывод, столбиковый вывод C4 или медный столбик. Хотя на фиг.7 показано определенное количество слоев сверхпроводящего компонента 700, расположенных определенным образом, при этом может быть больше или меньше слоев, расположенных различным образом. Кроме того, хотя некоторые этапы описаны как выполняемые в определенном порядке, дополнительные или меньшее количество этапов могут выполняться в другом порядке для изготовления сверхпроводящего компонента 700.
[00038] Продолжая ссылаться на фиг.7, в одном примере сверхпроводящий слой 106 может быть выполнен с возможностью распределения тактовых сигналов через сверхпроводящий компонент. Следующий набор сверхпроводящих дорожек (например, сверхпроводящих дорожек 714, 716 и 718) может быть выполнен с возможностью распределения тактовых сигналов через сверхпроводящий компонент. Следующий набор сверхпроводящих дорожек (например, сверхпроводящих дорожек 724, 726 и 728) может быть выполнен с возможностью действовать в качестве заземляющего слоя для сверхпроводящего компонента. Следующий набор сверхпроводящих дорожек (например, сверхпроводящих дорожек 734, 736 и 738) может быть выполнен с возможностью распределения сигналов, отличных от тактовых сигналов, через сверхпроводящий компонент. Следующий набор сверхпроводящих дорожек (например, сверхпроводящих дорожек 750, 752, 754, 756 и 758) может быть выполнен с возможностью распределения сигналов, отличных от тактовых сигналов, через сверхпроводящий компонент. Фактически, функциональные возможности различных сверхпроводящих слоев могут быть изменены на основе требований, связанных со сверхпроводящим компонентом.
[00039] На фиг.8 показана подложка 800 и график 820, показывающий изменение температуры по длине подложки 800 в соответствии с одним примером. Подложка 800 включает в себя слой 802 подложки, слой 804 несверхпроводящего компонента, слой 806 сверхпроводящего компонента и радиатор 808. В этом примере толстый (следовательно, обладающий высокой теплопроводностью) медный радиатор 808 используется для поддержания низкой температуры на значительной длине подложки 800. Слои компонентов могут включать в себя микросхемы, прикрепленные к слою 802 подложки с помощью различных механизмов. Медный радиатор 808 выполнен таким образом, чтобы сверхпроводящие компоненты можно было сформировать как часть слоя 806 сверхпроводящего компонента, и чтобы радиатор 808 не покрывал их. График 820 показывает изменение температуры окружающей среды, в которой задействована подложка 800. Таким образом, температура на стороне процессора равна приблизительно 4 К, и температура на стороне памяти составляет приблизительно 300 К. Несмотря на это изменение температуры по длине подложки 800, различные технологии и методы, описанные ранее, обеспечивают правильную работу как сверхпроводящих компонентов, так и несверхпроводящих компонентов.
[00040] В заключение, в одном из аспектов настоящего раскрытия изобретения предусмотрена вычислительная система, включающая в себя корпус, внутри которого поддерживается более низкое давление, чем атмосферное давление снаружи корпуса. В одном примере более низкое давление может находиться в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр.
[00041] Вычислительная система может дополнительно включать в себя первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, где вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, где первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки, и где второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, где первый конец расположен напротив второго конца, где каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора, и где каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства.
[00042] Вычислительная система может дополнительно включать в себя вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, где третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки, и где четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, где третий конец расположен напротив четвертого конца, и где каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения по меньшей мере поднабора из первого множества компонентов по меньшей мере с поднабором из второго множества компонентов. Каждая из множества дорожек схемы может включать в себя первую область, включающую в себя сверхпроводящий металл, за исключением нормального металла, и вторую область, включающую в себя как сверхпроводящий металл, так и нормальный металл.
[00043] Вычислительная система может дополнительно включать в себя теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре, и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, большей, чем первая температура, и где первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, и вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
[00044] Функциональные возможности первичного процессора могут включать в себя по меньшей мере одно из: функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом. Функциональные возможности первичного запоминающего устройства могут включать в себя по меньшей мере одно из: функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
[00045] Каждый из первого множества компонентов может быть выбран из группы, содержащей центральный процессор, графический процессор, процессор с искусственным интеллектом, программируемую пользователем вентильную матрицу, специализированную интегральную схему, специализированный стандартный продукт, систему на кристалле, сложное программируемое логическое устройство, память с произвольным доступом и джозефсоновскую магнитную память с произвольным доступом. Каждый из второго множества компонентов может быть выбран из группы, содержащей динамическую память с произвольным доступом, программируемую пользователем вентильную матрицу, специализированную интегральную схему, специализированный стандартный продукт, систему на кристалле, и сложное программируемое логическое устройство.
[00046] В другом аспекте настоящего раскрытия предусмотрена вычислительная система, содержащая корпус, внутри которого поддерживается вакуум. В одном примере вакуум может соответствовать давлению в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр.
[00047] Вычислительная система может дополнительно включать в себя первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, где вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, где первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки, и где второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, где первый конец расположен напротив второго конца, где каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора, и где каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства.
[00048] Вычислительная система может дополнительно включать в себя вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, где третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки, и где четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, где третий конец расположен напротив четвертого конца, и где каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения по меньшей мере поднабора из первого множества компонентов по меньшей мере с поднабором из второго множества компонентов. Каждая из множества дорожек схемы может включать в себя первую область, включающую в себя сверхпроводящий металл, за исключением нормального металла, и вторую область, включающую в себя как сверхпроводящий металл, так и нормальный металл.
[00049] Вычислительная система может дополнительно включать в себя теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре, и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, и где первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, и вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
[00050] Функциональные возможности первичного процессора могут включать в себя по меньшей мере одно из: функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом. Функциональные возможности первичного запоминающего устройства могут включать в себя по меньшей мере одно из: функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
[00051] Каждый из первого множества компонентов может быть выбран из группы, содержащей центральный процессор, графический процессор, процессор с искусственным интеллектом, программируемую пользователем вентильную матрицу, специализированную интегральную схему, специализированный стандартный продукт, систему на кристалле, сложное программируемое логическое устройство, память с произвольным доступом и джозефсоновскую магнитную память с произвольным доступом. Каждый из второго множества компонентов может быть выбран из группы, содержащей динамическую память с произвольным доступом, программируемую пользователем вентильную матрицу, специализированную интегральную схему, специализированный стандартный продукт, систему на кристалле, и сложное программируемое логическое устройство.
[00052] В еще одном аспекте настоящее раскрытие относится к вычислительной системе, включающей в себя корпус, внутри которого поддерживается вакуум. В одном примере вакуум может соответствовать давлению в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр.
[00053] Вычислительная система может дополнительно включать в себя первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, где вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, где первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки, и где второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, где первый конец расположен напротив второго конца, где каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора, и где каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства, и где первый радиатор присоединен к первой подложке для термического закрепления первой подложки.
[00054] Вычислительная система может дополнительно включать в себя вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, где третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки, и где четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, где третий конец расположен напротив четвертого конца, и где каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения по меньшей мере поднабора из первого множества компонентов по меньшей мере с поднабором из второго множества компонентов, и где второй радиатор присоединен ко второй подложке для термического закрепления второй подложки.
[00055] Вычислительная система может дополнительно включать в себя теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре, и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, и где первая температура ниже 9 градусов Кельвина, и вторая температура находится в диапазоне от 80 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
[00056] Функциональные возможности первичного процессора могут включать в себя по меньшей мере одно из: функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом. Функциональные возможности первичного запоминающего устройства могут включать в себя по меньшей мере одно из: функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера или функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
[00057] Каждый из первого множества компонентов может быть выбран из группы, содержащей центральный процессор, графический процессор, процессор с искусственным интеллектом, программируемую пользователем вентильную матрицу, специализированную интегральную схему, специализированный стандартный продукт, систему на кристалле, сложное программируемое логическое устройство, память с произвольным доступом и джозефсоновскую магнитную память с произвольным доступом. Каждый из второго множества компонентов может быть выбран из группы, содержащей динамическую память с произвольным доступом, программируемую пользователем вентильную матрицу, специализированную интегральную схему, специализированный стандартный продукт, систему на кристалле, и сложное программируемое логическое устройство.
[00058] Следует понимать, что способы, модули и компоненты, изображенные в данном документе, являются только примерными. В качестве примера и без ограничения иллюстративные типы сверхпроводящих устройств могут включать в себя программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), специализированные интегральные схемы (ASIC), специализированные стандартные продукты (ASSP), системы на кристалле (SOC), сложные программируемые логические устройства (CPLD) и т.д.
[00059] В добавление к этому, в абстрактном, но все же определенном смысле, любая компоновка компонентов для достижения одинаковых функциональных возможностей является эффективно "ассоциированной", так что достигаются желаемые функциональные возможности. Следовательно, любые два компонента в данном документе, объединенные для достижения конкретных функциональных возможностей, могут рассматриваться как "ассоциированные" друг с другом, так что желаемые функциональные возможности достигаются независимо от архитектур или промежуточных компонентов. Аналогичным образом, любые два компонента, ассоциированных таким образом, можно также рассматривать как "функционально связанные" или "соединенные" друг с другом для достижения желаемых функциональных возможностей.
[00060] Кроме того, специалистам в данной области техники будет очевидно, что границы между функциональными возможностями описанных выше операций являются просто иллюстративными. Функциональные возможности нескольких операций могут быть объединены в одну операцию, и/или функциональные возможности одной операции могут быть распределены в дополнительных операциях. Кроме того, альтернативные варианты осуществления могут включать в себя несколько экземпляров конкретной операции, и порядок операций может быть изменен в различных других вариантах осуществления.
[00061] Хотя раскрытие предоставляет конкретные примеры, различные модификации и изменения могут быть сделаны без отклонения от объема раскрытия, изложенного в формуле изобретения ниже. Соответственно, описание и фигуры следует рассматривать в иллюстративном, а не ограничительном смысле, и все такие модификации предназначены для включения в объем настоящего раскрытия. Любые положительные эффекты, преимущества или решения проблем, которые описаны в данном документе в отношении конкретного примера, не предназначены для толкования как критический, обязательный или существенный признак или элемент какого-либо или всех пунктов формулы изобретения.
[00062] Кроме того, используемые в данном документе термины в форме единственного числа определены как один или более чем один. К тому же, использование вводных фраз, таких как "по меньшей мере один" и "один или несколько" в формуле изобретения, не должно толковаться как подразумевающее, что введение другого элемента пункта формулы изобретения путем использования форм единственного числа ограничивает любой конкретный пункт формулы изобретения, содержащий такой введенный элемент пункта формулы изобретения, пунктами, содержащими лишь один такой элемент, даже если тот же самый пункт формулы изобретения содержит вводные фразы «один или несколько» или «по меньшей мере один» и формы единственного числа. То же самое справедливо для использования форм множественного числа.
[00063] Если не указано иное, такие термины, как "первый" и "второй", используются для произвольного различения элементов, описываемых такими терминами. Таким образом, эти термины не обязательно предназначены для обозначения временной или иной приоритетности таких элементов.
1. Вычислительная система со сверхпроводящими и несверхпроводящими компонентами, содержащая:
корпус, внутри которого поддерживается более низкое давление, чем атмосферное давление снаружи корпуса;
первое множество компонентов;
второе множество компонентов;
первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, причем вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, при этом первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки и второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, причем первый конец противоположен второму концу, при этом каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства;
вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, причем вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, где четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, при этом третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки и четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, причем третий конец противоположен четвертому концу, при этом каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения, по меньшей мере, поднабора из первого множества компонентов с, по меньшей мере, поднабором из второго множества компонентов; и
теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, при этом первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, а вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
2. Вычислительная система по п.1, в которой упомянутое более низкое давление находится в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр.
3. Вычислительная система по п.1, в которой упомянутые основные функциональные возможности процессора содержат по меньшей мере одно из: функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти и функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
4. Вычислительная система по п.1, в которой упомянутые основные функциональные возможности запоминающего устройства содержат по меньшей мере одно из: функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера и функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
5. Вычислительная система по п.1, в которой каждый из первого множества компонентов выбирается из группы, содержащей центральный процессор (CPU), графический процессор (GPU), процессор с искусственным интеллектом, программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), интегральную схему специального назначения (ASIC), стандартный продукт специального назначения (ASSP), систему на кристалле (SoC), программируемую логическую интегральную схему (CPLD), память с произвольным доступом (RAM) и джозефсоновскую магнитную память с произвольным доступом.
6. Вычислительная система по п.1, в которой каждый из второго множества компонентов выбирается из группы, содержащей динамическую память с произвольным доступом (DRAM), программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), интегральную схему специального назначения (ASIC), стандартный продукт специального назначения (ASSP), систему на кристалле (SoC) и программируемую логическую интегральную схему (CPLD).
7. Вычислительная система по п.1, в которой каждая из множества дорожек схемы содержит первую область, включающую в себя сверхпроводящий металл, но не включая нормальный металл, и вторую область, включающую в себя как сверхпроводящий металл, так и нормальный металл.
8. Вычислительная система со сверхпроводящими и несверхпроводящими компонентами, содержащая:
корпус, внутри которого поддерживается вакуум;
первое множество компонентов;
второе множество компонентов;
первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, причем вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, при этом первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки и второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, причем первый конец противоположен второму концу, при этом каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства, при этом первый радиатор присоединен к первой подложке для термического закрепления первой подложки;
вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, причем четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, при этом третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки и четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, причем третий конец противоположен четвертому концу, при этом каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения, по меньшей мере, поднабора из первого множества компонентов с, по меньшей мере, поднабором из второго множества компонентов, при этом второй радиатор присоединен ко второй подложке для термического закрепления второй подложки; и
теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, при этом первая температура ниже 9 градусов Кельвина, а вторая температура находится в диапазоне от 80 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
9. Вычислительная система по п.8, в которой вакуум соответствует давлению в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр.
10. Вычислительная система по п.8, в которой упомянутые основные функциональные возможности процессора содержат по меньшей мере одно из: функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти и функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
11. Вычислительная система по п.8, в которой упомянутые основные функциональные возможности запоминающего устройства содержат по меньшей мере одно из: функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера и функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
12. Вычислительная система по п.8, в которой каждый из первого множества компонентов выбирается из группы, содержащей центральный процессор (CPU), графический процессор (GPU), процессор с искусственным интеллектом, программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), интегральную схему специального назначения (ASIC), стандартный продукт специального назначения (ASSP), систему на кристалле (SoC), программируемую логическую интегральную схему (CPLD), память с произвольным доступом (RAM) и джозефсоновскую магнитную память с произвольным доступом.
13. Вычислительная система по п.8, в которой каждый из второго множества компонентов выбирается из группы, содержащей динамическую память с произвольным доступом (DRAM), программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), интегральную схему специального назначения (ASIC), стандартный продукт специального назначения (ASSP), систему на кристалле (SoC) и программируемую логическую интегральную схему (CPLD).
14. Вычислительная система со сверхпроводящими и несверхпроводящими компонентами, содержащая:
корпус, внутри которого поддерживается вакуум;
первое множество компонентов;
второе множество компонентов;
первую подложку, расположенную внутри корпуса в первой плоскости и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, параллельную первой плоскости, причем вторая поверхность расположена напротив первой поверхности, при этом первый набор из первого множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению к первому концу первой подложки и второй набор из второго множества компонентов прикреплен ко второй поверхности по направлению ко второму концу первой подложки, причем первый конец противоположен второму концу, при этом каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей процессора и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью обеспечения в основном функциональных возможностей запоминающего устройства;
вторую подложку, расположенную внутри корпуса во второй плоскости выше или ниже первой плоскости, где вторая подложка имеет третью поверхность и четвертую поверхность, параллельную второй плоскости, причем четвертая поверхность расположена напротив третьей поверхности, при этом третий набор из первого множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к третьему концу второй подложки и четвертый набор из второго множества компонентов прикреплен к четвертой поверхности по направлению к четвертому концу второй подложки, причем третий конец противоположен четвертому концу, при этом каждая из первой подложки и второй подложки содержит множество дорожек схемы для межсоединения, по меньшей мере, поднабора из первого множества компонентов с, по меньшей мере, поднабором из второго множества компонентов; и
теплозащитный экран, выполненный с возможностью термического отделения первого конца от второго конца первой подложки и термического отделения третьего конца от четвертого конца второй подложки, так что каждый из первого множества компонентов выполнен с возможностью работы при первой температуре и каждый из второго множества компонентов выполнен с возможностью работы при второй температуре, превышающей первую температуру, при этом первая температура находится в диапазоне от 2 градусов Кельвина до 77 градусов Кельвина, а вторая температура находится в диапазоне от 200 градусов Кельвина до 400 градусов Кельвина.
15. Вычислительная система по п.14, в которой вакуум соответствует давлению в диапазоне от 10-3 Торр до 10-10 Торр.
16. Вычислительная система по п.14, в которой упомянутые основные функциональные возможности процессора содержат по меньшей мере одно из: функциональных возможностей центрального процессора, функциональных возможностей графического процессора, функциональных возможностей искусственного интеллекта, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей памяти и функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
17. Вычислительная система по п.14, в которой упомянутые основные функциональные возможности запоминающего устройства содержат по меньшей мере одно из: функциональных возможностей памяти, функциональных возможностей вентильной матрицы, функциональных возможностей управления шиной, функциональных возможностей контроллера и функциональных возможностей управления шинным интерфейсом.
18. Вычислительная система по п.14, в которой каждый из первого множества компонентов выбран из группы, содержащей центральный процессор (CPU), графический процессор (GPU), процессор с искусственным интеллектом, программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), интегральную схему специального назначения (ASIC), стандартный продукт специального назначения (ASSP), систему на кристалле (SoC), программируемую логическую интегральную схему (CPLD), память с произвольным доступом (RAM) и джозефсоновскую магнитную память с произвольным доступом.
19. Вычислительная система по п.14, в которой каждый из второго множества компонентов выбран из группы, содержащей динамическую память с произвольным доступом (DRAM), программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), интегральную схему специального назначения (ASIC), стандартный продукт специального назначения (ASSP), систему на кристалле (SoC) и программируемую логическую интегральную схему (CPLD).
20. Вычислительная система по п.14, в которой каждая из множества дорожек схемы содержит первую область, включающую в себя сверхпроводящий металл, но не включая нормальный металл, и вторую область, включающую в себя как сверхпроводящий металл, так и нормальный металл.
