第226章 超導計算

  旭日基地。十月十五日。下午兩點。

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  林遠舟把一塊 SC-2 薄片放在桌面上。薄片很小,指甲蓋大,但它在桌面上幾乎是懸浮的。

  不是真的懸浮,是因為它內部完美的邁斯納效應——把樓里所有微弱的雜散磁場都排開了。它和桌面之間,隔著一層看不見的、被它自己擠出來的幾納米空隙。

  趙愷坐在他對面。

  」你又盯著它看。最近一個星期你已經盯它看了不下二十次。」

  」我在想,它除了做電纜,還能做什麼。」

  他這一個星期把 SC-2 反反覆覆測了二十多次。不是為了再確認它的參數——參數早就穩定了——而是因為他在意識里看見的那張材料線的子圖譜里,SC-2 這個節點的右下角,懸著一個一直沒亮、但每次他把注意力收近的時候都會微微脈動一下的灰色子節點。

  它在叫他。

  」電纜已經夠了。方總現在每天追著你問能不能再加產能。」

  」我在想,把它做成電路。」

  趙愷愣了一秒。

  」……做成什麼?」

  」超導電路。不是電纜。是晶片。」

  」超導晶片以前不是沒人試過。」趙愷說。」但都死在兩個問題上:一個是晶片需要做超細線寬,超導線在亞微米下臨界電流密度會塌;第二個是邏輯門,傳統的 MOSFET 沒法用超導做,開關那個動作就不存在。」

  」你說的是過去三十年別人用的方案。」林遠舟說。」那兩個問題,都不是超導的本質問題,是材料和工藝的問題。」

  」那你怎麼解?」

  林遠舟從抽屜里取出一張寫著公式的草稿紙,遞過去。

  趙愷看了三行,他停下來。

  」約瑟夫森結。」他說。」和——單通量量子。」

  」對。SFQ。」

  」……這是你昨天晚上算的?」

  」昨晚和今早。」

  趙愷把那張草稿紙又從頭看了一遍。這一次他看得很慢。

  超導晶片的真正基礎——不是」用超導線代替銅線」——是把整個邏輯系統的」邏輯動作」重新定義。

  傳統晶片:邏輯門的」開」和」關」,是電流的有和無。

  超導晶片:邏輯門的」開」和」關」,是磁通量子的有和無。

  一個磁通量子,是磁通的最小不可分單元,h 除以 2e,大約 2.07 飛韋伯。每一個 SFQ 脈衝,就是一個磁通量子通過約瑟夫森結時的電壓尖峰。持續時間,大約 1 皮秒。電壓幅度,零點幾毫伏。

  這是宇宙允許的最小、最快、最乾淨的邏輯動作。它的時鐘頻率上限,理論上可以做到 1 太赫茲。

  林遠舟昨晚的設計,是把它做到 770 千兆赫,基本上貼著工程實現的天花板。

  趙愷看著那張紙,他算了算時鐘頻率給晶片帶來的工作溫度。

  」你這個頻率——怎麼散熱?」

  」不用散熱。」林遠舟說。」零電阻。零功耗。」

  」……完全零?」

  」完全零。」

  」這一塊晶片在跑的時候,發的熱——比你在桌子上呼吸的那一口氣都少?」

  」對。」

  趙愷把那張紙放下。他坐回椅子,盯著天花板。

  」我們這一行幹了二十年,所有工程師做晶片的第一件事,都是給晶片設計散熱。」

  」你現在告訴我,這一類晶片,不需要散熱?」

  」對。」

  」它可以堆?」

  」對。」

  」它可以堆多少?」

  」理論上,只要工藝允許,可以堆到任何高度。三維。」

  趙愷安靜了很久。然後他用很慢的語氣問了一句:

  」林總。你今晚有沒有跟蘇晚姐說過,你又要把整個行業的規則——再改一次?」

  林遠舟笑了一下。

  」還沒說。我想先讓你做出來再說。」

  ---

  接下來的十天,林遠舟、趙愷和星辰科技碳基產線借調過來的二十一個工程師,在旭日基地隔壁那條原本用來做實驗性碳基測試的小產線上,把它做了出來。

  工藝難度比預期還高。

  SC-2 在亞微米尺度下的臨界電流密度,比傳統 YBCO 強了三倍,但只在特定的退火條件下成立。第一批樣品報廢率百分之六十二,主要是退火爐的溫度均勻性不夠。第二批換了一台爐子,報廢率降到百分之十一。第三批,百分之四。

  第四批,他們做出了第一塊完整的超導邏輯晶片。

  趙愷親手把它裝進低溫杜瓦瓶。液氮冷卻到 77K,SC-2 正好就在這個溫度下進入完美超導態。

  他通電。時鐘頻率被慢慢推上去。

  100 千兆赫,穩定。

  200 千兆赫,穩定。

  400 千兆赫,穩定。

  600 千兆赫,穩定。

  770 千兆赫——

  電壓尖峰的波形乾淨得像被打磨過。每一個磁通量子脈衝,準時、精確、毫無抖動地穿過每一個約瑟夫森結。

  邏輯運算的結果,和預期完全一致。

  趙愷把示波器的頻譜鎖屏。他扭頭看了一眼旁邊的功耗監測儀。

  零點零零零毫瓦。

  整塊晶片在 770 千兆赫下,功耗為零。

  」林總。」趙愷說。

  他的聲音里有一種他自己都沒聽過的、震得發抖的東西。

  」這是真的?」

  」是真的。」

  」它現在在跑——多少運算每秒?」

  林遠舟把晶片當前的工作負載在屏幕上調出來。

  一塊兩厘米見方的晶片,在 770 千兆赫下,並行處理 1024 個 64 位通道。每秒,大約 5 × 10^14 次基本邏輯運算。

  500 萬億次。

  趙愷看著那個數字。

  他想起十年前他剛入行那一年,全世界最強的超算——天河二號——浮點峰值是 3.4 × 10^16 次每秒。

  那是一整棟樓。

  他現在手裡這一片指甲蓋大的晶片,是它的——

  」一百四十分之一。」趙愷替自己算了出來。」一片。」

  」這一片晶片,是天河二號的一百四十分之一。」

  」它頂整棟樓的一百四十分之一。」

  他重新把晶片捏起來,放在掌心。掌心的體溫——通過低溫杜瓦瓶外壁——他能感覺到一種他做了二十年晶片從沒感覺過的東西:他手裡這一塊東西,無論以什麼標準——單位面積運算密度、能效比、熱效率、每瓦特的浮點數——都不是」行業領先一檔」。

  是」行業被改寫」。

  是過去幾十年所有晶片公司——包括他自己曾經熬過夜的那一行——必須把它們的全部技術路線圖——從基礎假設開始——重新寫一遍。

  ---

  林遠舟沒有馬上接話。他在等趙愷自己把第二件事推出來。

  趙愷果然推出來了。

  」它不發熱。」

  」對。」

  」它可以堆。」

  」對。」

  趙愷把晶片從杜瓦瓶里拿出來,放在桌上。他看著它,突然站了起來。

  」林總。給我兩個小時。」

  」做什麼?」

  」做個測試。」

  趙愷衝出去,半小時後他抱著一台顯微級三維封裝機回到了實驗室。這台機器是上個月星辰科技剛研發出來的,專門給碳基三維堆疊用的,精度亞微米,層間對準誤差小於 50 納米。

  他把剛才那一塊超導邏輯晶片當做底層,然後用這台封裝機,把另外十一片同樣的晶片一層一層地堆上去。

  十二層。

  每兩層之間用一種特別短的、阻抗匹配的、也是超導的、林遠舟兩年前為碳基三維堆疊開發出來的——垂直互連工藝——把上下層的邏輯信號連起來。

  整整兩個小時,趙愷自己都沒說話。

  最後那一層堆完。

  整塊」晶片」還是兩厘米見方,但厚度從原來的零點三毫米,變成了三點六毫米。像一塊超薄餅乾。

  趙愷把它整體浸進液氮,然後通電。

  十二層,同時,在 770 千兆赫下,運行。

  發熱:零。

  並行通道數:12288。

  總運算速度:大約 6 × 10^15 次每秒。

  6 千萬億次。每秒。

  這一塊」超薄餅乾」,比天河二號——還快一點點。

  而它,是兩厘米見方、三點六毫米厚。

  趙愷把它捏在手裡。

  他原本想說一句什麼。他張了幾次嘴。每一次張到一半,又自己合上。

  最後他只說出了八個字。

  」林總——這一塊——頂——一整個數據中心。」

  」——還能再堆。」林遠舟說。

  」——堆到一立方厘米?」

  」——理論上,是一個國家級超算中心。」

  趙愷沒有再說話。

  他把那塊」餅乾」——非常輕、非常輕地——放回桌面。

  像一個剛剛見過神跡的人,把神跡放回桌子上,不敢摔,也不敢熱情地擁抱。

  林遠舟在心裡把這塊餅乾代進了維克多昨晚的那張赤字數字表。

  量子計算原本剩餘推進時間 78 天。新的硬體載體出現之後,這個數字大約會被壓成 40 天。

  他在意識里把材料線和能源線的兩根金色光柱往中央交叉了一寸,看見橙紅色的新子樹緩慢展開,看見自己的剩餘推進時間表里有幾個數字開始往下走。

  他沒有把這個新的總數算出來。他知道維克多算得比他快。維克多此刻應該已經在過來的路上。

  ---

  林遠舟在意識里感覺到科技樹里一個一直沒亮的灰色節點開始亮起。

  不是金色。不是暗藍色。也不是銀灰色。

  是一種他從來沒見過的、像金色和暗藍色交融在一起的——橙紅色。

  那是材料線和能源線第一次出現的」交叉節點」的顏色。

  **【「超導計算(零功耗 SFQ 邏輯)」節點解鎖。技術落地應用預計帶動量子線/材料線交叉節點。靈感點 +1,500。當前餘額:62,200。】**

  **【新解鎖:「材料線 ↔ 能源線 交叉子樹」。已可見節點輪廓:超導通信、超導儲能、超導磁懸浮工業體系。】**

  林遠舟在意識里又看了一眼終點之門。

  七組公式中的第四組——量子計算那一組——的邊緣,比昨天亮了一點點。

  不是因為他們做了新的量子計算,是因為他們做了一個能把量子算法以前所未有的密度跑起來的——硬體載體。

  公式之間,開始相互照亮。

  實驗室門被推開。

  維克多走了進來。他手裡拿著平板,他剛才在共享頻道里看到了趙愷發出去的那張超導晶片照片,還有那塊」超薄餅乾」。他直接從他的板房一路衝過來。

  他走到桌前。看了一眼那塊晶片,又看了一眼桌上量子之心的遠端控制台。然後他在心裡——非常快地——做了一次計算。

  他抬頭看林遠舟。

  」林。」

  」嗯?」

  」量子之心現在的瓶頸,是稀釋制冷機的體積。1000 邏輯比特,對應 100 萬個物理比特。再往上,制冷機的體積、噪聲、和熱載入,每翻一倍就有一個數量級的代價。」

  」但 SC-2 超導晶片本身就工作在 77K——不需要稀釋制冷機——只要液氮。」

  」如果把量子比特的承載層換成 SC-2 的 SFQ 陣列——一立方厘米的實際可用器件密度,大約可以塞下 10^10 個物理比特——足夠撐起十萬級邏輯量子比特。」

  」——半年。」

  」——做嗎?」

  林遠舟想了三秒。

  」十萬邏輯比特能跑什麼?」

  維克多在心裡把幾個數字過了一遍。」——蛋白質從頭摺疊,全人類基因組規模的、每天一遍。」

  」——氣候模型,公里級網格、未來一百年、誤差小於歷史觀測的方差。」

  」——材料從頭設計,所有可能的元素組合,遍歷一遍。」

  」——還有一件事——」維克多停了一秒。」——所有的現代密碼——經典的、量子加固的、後量子的——全部——在它面前——會變成紙糊的窗戶。」

  」——我們已經在跑九條骨幹網了。」林遠舟說。

  」——那九條網用的也是後量子算法。」維克多說。」——做出量子之心 II 那一天起——我們必須把全華國的密碼體系——再換一次。這會是一項更大的工程——但今天不做這一步——別的國家會先做。」

  林遠舟看了一眼桌上那塊超薄餅乾,又看了一眼維克多。

  趙愷在旁邊——這是他這輩子第二次——親眼看著兩個人在他面前用十幾句話——決定了下一代計算文明的形狀。

  第一次是聚變前那個夜裡——林遠舟和顧維鈞討論 Q62.3 的那一段。

  今天是第二次。

  他沒有插嘴。

  他只是把那塊」超薄餅乾」——又輕輕地、放正了一點點。

  林遠舟看著維克多。

  」——做。」

  他在心裡又加了一句沒有說出口的話:今晚要去和蘇晚說一聲。新一代的硬體,意味著新一代的星眸。她那套剛剛上線、還熱乎著的」解釋層」,要跟著這塊新載體從底層重寫一遍。

  他知道她會接。她不會高興,但她會接。這是他過去三年裡學到的關於她的最重要的一件事——她生氣,但她從不躲。