Ученые Беркли провели беспрецедентное моделирование чипа нового поколения

Специалисты лаборатории Беркли провели исключительное моделирование, использовав более 7000 графических процессоров NVIDIA с целью разработки технологии чипов следующего поколения. Передает УНН со ссылкой на Lawrence Berkeley National Laboratory и Phys.

Подробности

Специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли провели исследование по моделированию квантовых чипов следующего поколения. Для приближения к новой технологии и с целью создания лучшего квантового оборудования используются разработанные специалистами лаборатории электромагнитные модели. Их совершенствуют исследователи квантового системного ускорителя (QSA) Чжи Джеки Яо и Энди Нонака из Отдела прикладной математики и вычислительных исследований (AMCR).

Вычислительная модель предсказывает, как конструктивные решения влияют на распространение электромагнитных волн в чипе. .. Чтобы обеспечить надлежащее связывание сигналов и избежать нежелательных перекрестных помех

Исследователи использовали инструмент экзафлопсного моделирования ARTEMIS для моделирования и оптимизации чипа, разработанного в сотрудничестве Лаборатории квантовой наноэлектроники Ирфана Сиддики в Калифорнийском университете в Беркли и Передового квантового испытательного стенда (AQT) Лаборатории Беркли. Эта работа будет представлена в технической демонстрации Яо на Международной конференции по высокопроизводительным вычислениям, сетям, хранению и анализу (SC25).

Проектирование квантовых чипов включает традиционную микроволновую технику в дополнение к передовой физике низких температур. Это делает классический инструмент электромагнитного моделирования, такой как ARTEMIS, важным для воплощения проекта.

Справка

ARTEMIS, который был разработан в рамках инициативы Министерства энергетики США "Проект экзафлопсных вычислений".

Тысячи графических процессоров NVIDIA для квантования миллиардов ячеек

Моделирование мелких деталей этого крошечного, чрезвычайно сложного чипа требовало почти всей мощности. Исследователи использовали почти все 7168 графических процессоров NVIDIA в течение 24 часов, чтобы зафиксировать структуру и функции многослойного чипа размером всего 10 квадратных миллиметров и толщиной 0,3 миллиметра, с гравировкой шириной всего один микрон.

Я не знаю никого, кто когда-либо занимался физическим моделированием микроэлектронных схем в полном масштабе системы Perlmutter. Мы использовали почти 7000 графических процессоров

Мы дискретизировали чип на 11 миллиардов ячеек сетки. Мы смогли выполнить более миллиона временных шагов за семь часов, что позволило нам оценить три конфигурации схемы в течение одного дня на Perlmutter. Эти симуляции были бы невозможны за этот период времени без полной системы

По словам коллеги специалиста по отделу, Джеки Яо, учеными было проведено полноволновое физическое моделирование. "То есть нам важно, какой материал вы используете на чипе, его компоновка, как вы соединяете металл — ниобий или другие металлические провода — как вы строите резонаторы, какой размер, какая форма, какой материал вы используете".

Нам важны эти физические детали, и мы включаем их в нашу модель

Помимо детального обзора чипа, симуляция имитировала опыт лабораторных экспериментов — как кубиты взаимодействуют друг с другом и с другими частями квантовой схемы.

Сочетание этих качеств — сосредоточение на физической конструкции чипа и возможность моделирования в режиме реального времени — является частью того, что сделало симуляцию уникальной.

Это сочетание является инструментальным, поскольку мы используем дифференциальное уравнение с частными производными, уравнение Максвелла, и мы делаем это во временной области, чтобы мы могли учитывать нелинейное поведение. Все это вместе дает нам уникальные возможности

По словам Кэти Климко, инженера по квантовым вычислениям NERSC, которая работала над проектом, воплощенная инициатива является одним из самых амбициозных квантовых проектов на сегодняшний день, использующих вычислительные возможности ARTEMIS и NERSC для фиксации деталей квантового оборудования на более чем четыре порядка величины.

Напомним

Соучредитель и генеральный директор Valve Гейб Ньюэлл разрабатывает чип, который позволит мозгу человека более тесно взаимодействовать с персональным компьютером. При этом уточняется, что пока речь не идет о создании полноценного имплантата.