傳統芯片，迎來新救星

來源：半導體行業觀察

半導體性能的提升雖然顯著，但也帶來了巨大的資本、土地和能源成本?；蛟S可以通過引入一些新技術來補充半導體，從而更好地滿足日益增長的高端計算需求。

一種思路是將某些高負載任務交給超導體來完成，超導體導電電阻為零，幾乎不產生熱量。與目前主流的集成電路生產技術相比，這可以大幅降低能耗，從而無需在數據中心進行大量的冷卻和元件間距調整。

互補金屬氧化物半導體（CMOS）這種標準芯片技術已經主導計算機和個人電子產品近50年了。迄今為止，超導體的應用主要局限于量子計算和高性能傳感系統的研究領域。

超導體的應用也帶來了自身的挑戰，有些系統需要在零下450華氏度左右的低溫下運行。超導體需要冷卻才能工作，而半導體也需要冷卻，因為它們在工作時會產生大量熱量。但總體而言，超導體能耗更低。

去年，Mike Lafferty創立了 Snowcap Compute 公司，旨在克服這些障礙，制造出適用于大規模應用的超導體，包括數據中心、商業量子計算以及從地球發射到太空的系統上的計算。

我最近與他會面，了解他打算如何實現這一目標，即將超導體制造從小型實驗室轉移到商業工廠。

拉弗蒂設想將足球場大小的數據中心縮小到集裝箱大小，從根本上改變人工智能模型訓練等高要求應用的經濟效益。數據中心需要大量的土地和能源用于冷卻?；诔瑢Ъ夹g的系統可以消除大部分電力運營成本，并允許組件更緊密地堆疊，從而大幅減少設施的占地面積。

該公司于今年6月成立，首輪融資2300萬美元，由Playground Global領投。其他投資者包括Cambium Capital、Vsquared Ventures和Osage University Partners。九個月前，Snowcap的估值為6000萬美元，但最新估值尚不清楚。

拉弗蒂表示，公司目前尚未產生收入。其首片直徑300毫米（12英寸）的半導體晶圓于2月底出廠。這種尺寸的晶圓已成為行業標準十余年，并可在標準的半導體生產線上生產。

Playground 的聯合創始人兼普通合伙人Peter Barrett表示：“Snowcap 組件的尺寸要求是半導體行業在 15 年前就成功解決的問題?！?/p>

Lafferty 估計，需要六個月時間才能證明其具備實用的工作能力，一年時間才能達到“風險生產”能力。Snowcap 表示，風險生產能力是大規模生產前的中間步驟，它表明該技術足夠穩定，客戶可以開始圍繞它設計實際系統。

該公司拒絕透露其產品生產的工廠名稱。

迄今為止，超導計算技術從學術實驗室走向商業應用一直舉步維艱。研究人員會使用與大規模生產不兼容的特殊材料來制造定制芯片。據拉弗蒂稱，等到他們完成原型機時，摩爾定律已經推動主流CMOS技術向前發展了三年，使得超導原型機過時了。

Snowcap的突破在于工藝工程。

這項技術涉及對現有基于CMOS的半導體制造工藝進行重大材料和工藝改造。例如，Snowcap的運行溫度為零下450華氏度，它需要借鑒核磁共振成像儀和量子計算機的冷卻方法，才能在極低溫度下實現經濟高效的運行。Lafferty在Playground公司總部（Snowcap的所在地）的一次談話中說道。

這使得 Snowcap 能夠利用現有的全球代工廠產能，而無需建造昂貴的定制工廠。

拉弗蒂表示：“建立300毫米超導工藝是一項艱巨的挑戰。雪帽團隊成功地權衡了工程上的利弊，解決了這些問題，并將這項技術推向了市場。”

漫長的旅程

Snowcap是拉弗蒂（Lafferty）多年心血的結晶。拉弗蒂是一位資深工程師，曾在上世紀90年代于賓夕法尼亞州阿倫敦的朗訊科技公司工作。他表示，大約在2004年，標準CMOS處理器的時鐘頻率停滯在3.2GHz左右。這意味著“此前二十年我們所看到的迅猛增長勢頭戛然而止，此后我們只看到了緩慢的進步，”拉弗蒂說道。但該公司表示，到2010年，學術研究表明，超導數字設計能夠達到100GHz的頻率，同時功耗僅為CMOS標準處理器的1%。

拉弗蒂決定彌合這一差距，首先從軟件入手。2014年，他加入Cadence設計系統公司，負責開發超導芯片設計所需的工具。一年半前，他將重心轉向制造領域。為此，他與兩位聯合創始人共同創立了Snowcap公司：首席科學官安娜·赫爾（Anna Herr），一位物理學家；以及首席技術官昆汀·赫爾（Quentin Herr），一位電氣工程師，他們也是公司超導技術的發明者。

他們的目標是實現計算能力的可持續增長，克服人工智能革命道路上的重重障礙。小型但功能強大的數據中心將緩解日益增長的土地和電力壓力，而將計算能力送入太空則能進一步提升這些優勢。拉弗蒂表示，雪帽公司的超導技術不會受到輻射干擾。

他表示贊同OpenAI首席執行官薩姆·奧特曼的觀點，即目前基于傳統CMOS計算的太空數據中心簡直荒謬?！盀槭裁床晦D向一種從根本上更適合太空應用的技術呢？”拉弗蒂說道。

通往未來的路線圖

Playground公司的巴雷特表示，Snowcap的技術需要能源進行冷卻，但運營商可以獲得100到1000倍的計算效率提升。拉弗蒂則表示，效率取決于具體應用場景。

巴雷特表示，對于Playground來說，投資Snowcap是順理成章的，因為Playground的合伙人首先是工程師，其次才是投資者?！拔覀兊倪\營模式截然不同。我們先制定技術路線圖，然后再根據實現未來目標所需的要素來完善這些路線圖。”他說道。

是的，這的確是一個雄心勃勃的想法。但它也是一個嚴肅的想法。而這種思考方式或許正是改善面臨重重挑戰的計算機經濟狀況所必需的。

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