Cryo-IP для квантовых вычислений

SureCore использует их для разработки IP, чтобы можно было проектировать ASIC криоуправления для использования в квантовых вычислениях.

Задача заключается в эффективном управлении кубитами, которые будут работать при криогенных температурах, обычно около 4К, в условиях криостата.

Управляющая электроника, необходимая для управления кубитами, часто находится за пределами криостата и в настоящее время может функционировать только при комнатной температуре.

Это связано с тем, что кремниевые ИС предназначены для работы только при температуре от -40°C до 125°C (от 233K до 398K).

Для их соединения требуются дорогие и громоздкие кабели, а количество кабелей, необходимых для всех кубитов, представляет собой фундаментальное препятствие для масштабирования квантовых вычислений, если не считать присущей им задержки.

Чтобы добиться необходимого увеличения количества кубитов, управляющая электроника должна быть совмещена с кубитами в криостате.

Однако, учитывая ограниченный температурный диапазон современных кремниевых ИС, в настоящее время это не вариант.

Цель этого проекта состоит в том, чтобы понять и смоделировать изменения в поведении транзисторов при криогенных температурах, создать набор моделей транзисторов с измененными характеристиками, а затем использовать их для разработки портфолио CryoCMOS IP, чтобы облегчить разработку пользовательских чипов, которые могут напрямую взаимодействовать с кубитами. внутри криостата при криогенных температурах.

Одним из ключевых параметров транзистора, на который влияет понижение температуры, является пороговое напряжение (Vt).

При понижении температуры Vt существенно увеличивается, подталкивая выбор транзисторов к вариантам с низким и сверхнизким Vt (LVt/SLVt).

Чтобы еще больше упростить эту задачу проектирования, для этого проекта был выбран технологический узел GLOBALFOUNDRIES 22 нм FDSOI (22FDX). FDSOI — это идеальный технологический выбор, который обеспечивает оптимальную криогенную конструкцию, позволяя регулировать пороговое напряжение путем изменения обратного смещения.

Компания SeniWise, партнер консорциума CryoCMOS, разработала новые модели транзисторов, в том числе как типичные-типовые (TT), так и угловые (медленные-медленные, SS и быстрые-быстрые, FF), которые обеспечат надежную конструкцию схемы для использования в разрешении 4K. и 77к.

«Стандартная CMOS характеризуется обычными рабочими параметрами от -40°C до +125°C. Таким образом, уменьшение стандартной КМОП до 4K или -270°C является важным шагом на новую территорию, где рабочие характеристики транзисторов заметно меняются», — говорит генеральный директор SemiWise профессор Асен Асенов.

SemiWise повторно отцентрирует модели транзисторов SPICE для криогенных температур, чтобы узел 22FDX можно было использовать для проектирования криогенных схем.

Технология повторного центрирования SemiWise позволяет разрабатывать типовые модели и модели угловых транзисторов, а также модели статистического несоответствия, что крайне важно для процесса проектирования статической ОЗУ.

Основываясь на этих переориентированных моделях криогенных транзисторов, sureCore использует свой опыт проектирования маломощных устройств для разработки набора IP-схем с оптимизированным энергопотреблением, включая стандартные ячейки, статическое ОЗУ, ПЗУ и регистровые файлы.

Низкая мощность является критическим критерием проектирования, поскольку потребляемая мощность приводит к нежелательным эффектам нагрева, что создает дополнительную нагрузку на охлаждение криостата.

Компания Innovate UK предоставила грант в размере 6,5 млн фунтов стерлингов консорциуму CryoCMOS.

Этот проект поможет сделать крио-IP доступным для всех британских компаний, занимающихся квантовыми вычислениями.

Сформировав команду британских лидеров в этой области, проект рассчитывает достичь результатов менее чем за три года, а не за многие годы, которые потребовались бы для индивидуальной работы.