传统芯片，迎来新救星

来源：半导体行业观察

半导体性能的提升虽然显著，但也带来了巨大的资本、土地和能源成本。或许可以通过引入一些新技术来补充半导体，从而更好地满足日益增长的高端计算需求。

一种思路是将某些高负载任务交给超导体来完成，超导体导电电阻为零，几乎不产生热量。与目前主流的集成电路生产技术相比，这可以大幅降低能耗，从而无需在数据中心进行大量的冷却和元件间距调整。

互补金属氧化物半导体（CMOS）这种标准芯片技术已经主导计算机和个人电子产品近50年了。迄今为止，超导体的应用主要局限于量子计算和高性能传感系统的研究领域。

超导体的应用也带来了自身的挑战，有些系统需要在零下450华氏度左右的低温下运行。超导体需要冷却才能工作，而半导体也需要冷却，因为它们在工作时会产生大量热量。但总体而言，超导体能耗更低。

去年，Mike Lafferty创立了 Snowcap Compute 公司，旨在克服这些障碍，制造出适用于大规模应用的超导体，包括数据中心、商业量子计算以及从地球发射到太空的系统上的计算。

我最近与他会面，了解他打算如何实现这一目标，即将超导体制造从小型实验室转移到商业工厂。

拉弗蒂设想将足球场大小的数据中心缩小到集装箱大小，从根本上改变人工智能模型训练等高要求应用的经济效益。数据中心需要大量的土地和能源用于冷却。基于超导技术的系统可以消除大部分电力运营成本，并允许组件更紧密地堆叠，从而大幅减少设施的占地面积。

该公司于今年6月成立，首轮融资2300万美元，由Playground Global领投。其他投资者包括Cambium Capital、Vsquared Ventures和Osage University Partners。九个月前，Snowcap的估值为6000万美元，但最新估值尚不清楚。

拉弗蒂表示，公司目前尚未产生收入。其首片直径300毫米（12英寸）的半导体晶圆于2月底出厂。这种尺寸的晶圆已成为行业标准十余年，并可在标准的半导体生产线上生产。

Playground 的联合创始人兼普通合伙人Peter Barrett表示：“Snowcap 组件的尺寸要求是半导体行业在 15 年前就成功解决的问题。”

Lafferty 估计，需要六个月时间才能证明其具备实用的工作能力，一年时间才能达到“风险生产”能力。Snowcap 表示，风险生产能力是大规模生产前的中间步骤，它表明该技术足够稳定，客户可以开始围绕它设计实际系统。

该公司拒绝透露其产品生产的工厂名称。

迄今为止，超导计算技术从学术实验室走向商业应用一直举步维艰。研究人员会使用与大规模生产不兼容的特殊材料来制造定制芯片。据拉弗蒂称，等到他们完成原型机时，摩尔定律已经推动主流CMOS技术向前发展了三年，使得超导原型机过时了。

Snowcap的突破在于工艺工程。

这项技术涉及对现有基于CMOS的半导体制造工艺进行重大材料和工艺改造。例如，Snowcap的运行温度为零下450华氏度，它需要借鉴核磁共振成像仪和量子计算机的冷却方法，才能在极低温度下实现经济高效的运行。Lafferty在Playground公司总部（Snowcap的所在地）的一次谈话中说道。

这使得 Snowcap 能够利用现有的全球代工厂产能，而无需建造昂贵的定制工厂。

拉弗蒂表示：“建立300毫米超导工艺是一项艰巨的挑战。雪帽团队成功地权衡了工程上的利弊，解决了这些问题，并将这项技术推向了市场。”

漫长的旅程

Snowcap是拉弗蒂（Lafferty）多年心血的结晶。拉弗蒂是一位资深工程师，曾在上世纪90年代于宾夕法尼亚州阿伦敦的朗讯科技公司工作。他表示，大约在2004年，标准CMOS处理器的时钟频率停滞在3.2GHz左右。这意味着“此前二十年我们所看到的迅猛增长势头戛然而止，此后我们只看到了缓慢的进步，”拉弗蒂说道。但该公司表示，到2010年，学术研究表明，超导数字设计能够达到100GHz的频率，同时功耗仅为CMOS标准处理器的1%。

拉弗蒂决定弥合这一差距，首先从软件入手。2014年，他加入Cadence设计系统公司，负责开发超导芯片设计所需的工具。一年半前，他将重心转向制造领域。为此，他与两位联合创始人共同创立了Snowcap公司：首席科学官安娜·赫尔（Anna Herr），一位物理学家；以及首席技术官昆汀·赫尔（Quentin Herr），一位电气工程师，他们也是公司超导技术的发明者。

他们的目标是实现计算能力的可持续增长，克服人工智能革命道路上的重重障碍。小型但功能强大的数据中心将缓解日益增长的土地和电力压力，而将计算能力送入太空则能进一步提升这些优势。拉弗蒂表示，雪帽公司的超导技术不会受到辐射干扰。

他表示赞同OpenAI首席执行官萨姆·奥特曼的观点，即目前基于传统CMOS计算的太空数据中心简直荒谬。“为什么不转向一种从根本上更适合太空应用的技术呢？”拉弗蒂说道。

通往未来的路线图

Playground公司的巴雷特表示，Snowcap的技术需要能源进行冷却，但运营商可以获得100到1000倍的计算效率提升。拉弗蒂则表示，效率取决于具体应用场景。

巴雷特表示，对于Playground来说，投资Snowcap是顺理成章的，因为Playground的合伙人首先是工程师，其次才是投资者。“我们的运营模式截然不同。我们先制定技术路线图，然后再根据实现未来目标所需的要素来完善这些路线图。”他说道。

是的，这的确是一个雄心勃勃的想法。但它也是一个严肃的想法。而这种思考方式或许正是改善面临重重挑战的计算机经济状况所必需的。

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