Imecは、380万個のジョセフソン接点を1平方センチメートルの面積に圧縮することで、超伝導回路の密度が世界記録を樹立したと発表しました。この研究センターは、幅わずか30ナノメートルの超伝導ワイヤも製造しました。Imecは2026年応用超伝導技術会議（ASC）でこれらの成果を展示し、これらの結果は超伝導技術が将来の高性能計算システムへと拡張するのに役立つ可能性があり、現代のアメリカのデータセンターが運営する高負荷の作業量をサポートすることもできます。
Imecの超伝導回路技術が高性能計算の発展を推進
新型回路はニオブ-タンタル-窒化物（NbTiN）を使用しており、Imecはこれらの回路を三層の金属層上に構築しています。最小のジョセフソン接点の直径はわずか150ナノメートルです。これらの微小な部品により、エンジニアはより小さなスペースに多くの計算部品を設置できるようになります。ジョセフソン接点は非常に高速な電子スイッチに似ており、極めて少ないエネルギー消費で信号を処理できます。この効率性により、超伝導回路は高性能計算において魅力的な選択肢となります。Imecは、この技術が最終的に従来のCMOSチップに比べてエネルギー消費を大幅に削減できると予測しています。
超伝導システムは、より高い計算密度と帯域幅をサポートすることもできます。データセンターがますます重い作業負荷を処理するにつれて、これらの利点はますます重要になります。このアプローチは、データ転送に大量の電力を消費する計算システムに特に有用です。超伝導回路は極めて高い速度で信号を処理できるため、特定の損失を減少させることができます。
Imecはまた、最狭のワイヤがわずか30ナノメートル幅の三層NbTiN接続を展示しました。これは従来のニオブベースの超伝導技術で使用されるワイヤ幅の約10倍です。より小さなワイヤは、エンジニアが同じスペース内により多くの接続を詰め込むのを助け、これらのワイヤは回路の異なる部分間で信号を伝送し、また多層間で部品を接続することもできます。超伝導材料にはもう一つの主要な利点があり、極低温でほぼ無抵抗で電流を伝送できるため、システム内で信号が移動する際のエネルギー損失が非常に少なく、大規模な計算システムの増大するエネルギー需要に対処するのに役立ちます。
Imecはまた、接点とワイヤの電気特性を調整できるため、エンジニアが異なるアプリケーションの回路を設計する際により大きな柔軟性を提供します。Imecは、300ミリメートルの半導体製造プロセスを利用してこの技術を開発しており、これは現代のチップ生産で広く使用されているウエハサイズと同じです。この互換性により、研究が既存の半導体製造方法と統合しやすくなり、より大きく複雑な超伝導回路を構築するための道が開かれます。
この研究センターは、2.5Dおよび3D統合の研究も進めており、これにより異なる部品が高度に統合されたシステム内で協調して動作することが可能になります。Imecの超伝導デジタルプログラムの責任者であるRichard Rouseは、このプログラムがウエハ工場、大規模データセンター、システム会社を対象としていると述べています。この技術は最終的に高性能計算やデータセンターの範疇を超える可能性があり、Imecは量子計算、フォトニクス、神経計算などの分野での潜在的な応用にも期待を寄せています。
しかし、超伝導ハードウェアは依然として主要な課題に直面しています。これらの回路は通常、超伝導状態を維持するために極低温を必要とし、これにより従来のチップよりも展開が困難になります。Imecによれば、380万接点の密度はこのレベルで世界初であり、30ナノメートルの接続展示はより小さく、よりコンパクトな超伝導システムを指し示しています。