TWI780916B - 量子晶片冷卻管理裝置及其方法 - Google Patents

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一種量子晶片冷卻管理裝置及其方法，透過一遠端監控裝置無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片的溫度狀況；複數個第一無線模組對應各量子晶片的散熱模組，該遠端監控裝置透過該第一無線模組將控制該散熱模組內的冷卻作動及冷卻液的流速與流量。在各該量子晶片模組啟動小循環冷卻時，該中央水箱內的一AI運算控制單元收集各量子晶片的溫度資訊，透過拓撲(topology)陣列以AI方式來管理所有量子晶片的該散熱模組，用以即時分析各量子晶片的資料運作量，及各量子晶片的散熱模組的冷卻運作狀態。

Description

量子晶片冷卻管理裝置及其方法
本發明係關於一種量子電腦，特別是一種控制量子電腦之量子晶片冷卻的管理裝置及方法。
量子電腦是一種使用量子邏輯運算的電腦裝置，不同於傳統電腦的基本運算位元（bit），量子電腦是以量子位元（Qubit）計算，計算速度更快，進位方式也不同於傳統 0 或 1 的二進位方式，而是可以讓 0 與 1 同時存在，創造更多組合狀態，大幅提升運算能力。
量子電腦的發展將不只提升對半導體、晶片需求，另外超導體、超低溫的環境要求下，散熱模組需求也提高。由於量子位元在超導電路實現或在半導體內形成時，會造成溫度升高並嚴重干擾量子位元形成，這對於性能上的影響十分巨大。所以為了讓量子電腦能夠順利運作，必須在超低溫情況下才行。
為避免量子電腦因量子晶片溫度過高，可能導致運算能力下降或燒毀晶片組(Chipset)，所以需要有管理機制自動對量子電腦的散熱模組進行管控冷卻液的流速、水量大小，用以改善量子電腦的熱管理能力，確保量子晶片的運算能力。
本發明的目的在於提供一種量子晶片冷卻管理裝置及其方法，透過無線訊號遠端遙控監看量子電腦之量子晶片的散熱狀態，控制量子電腦各量子晶片的散熱渠道流速快慢與大小與中央水箱結合，讓各量子晶片可因負載多寡或外部透過微波控制來幫助量子電腦的冷卻效果。
本發明的另一目的在於提供一種量子晶片冷卻管理裝置及其方法，透過無線訊號可用手持裝置遠端監控、管理量子電腦各量子晶片溫度變化集成數據，及回傳量子電腦熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置，讓管理人員可以快速知道量子電腦散熱運作情況。
為了達成上述目的，本發明提供一種量子晶片冷卻管理裝置，用於控制量子電腦內量子晶片的冷卻管理，包含：一遠端監控裝置用於無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片的溫度狀況；複數個第一無線模組，各第一無線模組對應控制各量子晶片的散熱模組，該遠端監控裝置透過該第一無線模組將控制該散熱模組的冷卻管的冷卻作動，及冷卻液的流速與流量，對高溫高資料處理的該量子晶片提供冷卻液進行降溫；一AI運算控制單元裝設於所述量子電腦的一中央水箱，用以即時分析各量子晶片的資料運作量，及各散熱模組的該冷卻管的運作狀態；以及一第二無線模組回傳該AI運算控制單元的熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置，讓管理人員可以快速知道電腦散熱運作情況。
作為優選方式，該第一無線模組及該第二無線模組為一毫米波(Millimeter Wave，mmWave) 無線模組。
作為優選方式，該第一無線模組將控制該散熱模組內的一致冷晶片動作控制由該中央水箱傳輸冷卻液來對該量子晶片降溫，及該冷卻管內一微型幫浦抽冷卻液的流速及一電磁閥幫浦開啟閥門的角度控制冷卻液流量。
作為優選方式，該AI運算控制單元連接一中央風扇，用以對外抽氣加速降低該中央水箱的散熱管路的溫度。
作為優選方式，該AI運算控制單元連接一中央幫浦，用以加速該中央水箱的散熱管路內冷卻液的降溫速度。
為了達成上述目的，本發明再提供一種量子晶片冷卻管理方法，包含︰透過一遠端監控裝置無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片的溫度狀況；複數個第一無線模組對應各量子晶片的散熱模組，當該量子晶片進行高資料處理導致溫度提升至指定溫度，該遠端監控裝置透過該第一無線模組將控制該散熱模組內的冷卻作動及冷卻液的流速與流量，開始由一中央水箱傳輸冷卻液對該量子晶片降溫；在各該量子晶片的散熱模組啟動小循環冷卻時，該中央水箱內的一AI運算控制單元收集各量子晶片的溫度資訊，透過拓撲(topology)陣列以AI方式來管理所有量子晶片的該散熱模組，與該中央水箱冷卻液管道的冷卻真值表，用以即時分析各量子晶片的資料運作量，及各量子晶片的散熱模組的冷卻運作狀態。
作為優選方式，該第一無線模組將控制該散熱模組內的一致冷晶片動作，及該冷卻管內一微型幫浦抽冷卻液的流速及一電磁閥幫浦開啟閥門的角度控制冷卻液流量，由該中央水箱傳輸冷卻液對該量子晶片降溫。
作為優選方式，該中央水箱透過一第二無線模組回傳該AI運算控制單元的熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置，讓管理人員可以快速知道電腦散熱運作情況。
作為優選方式，該中央水箱透過該AI運算控制單元在確認超過設定溫度時，啟動一中央風扇對外抽氣加速降低該中央水箱的散熱管路的溫度。
作為優選方式，該中央水箱透過該AI運算控制單元在確認超過設定溫度時，啟動一中央幫浦加速該中央水箱的散熱管路內冷卻液的降溫速度。
相較於現有量子電腦裝置，本發明具有下列特點，透過無線訊號遠端遙控監看量子電腦之量子晶片經由熱轉換產生冷卻效果的散熱模組與冷卻管狀態，控制量子電腦各量子晶片的散熱渠道(卻管)流速快慢與流量大小。與中央水箱結合，讓各量子晶片可因負載多寡或外部透過無線方式控制來對散熱模組內致冷晶片與微型幫浦抽調整冷卻液速度，用以改善量子電腦的熱管理能力，增加量子電腦的冷卻效果，確保量子晶片的運算能力。
茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。
請參照圖1及圖2，為本案量子晶片散熱模組及量子晶片散熱模組至中央水箱的架構示意圖。本案實施應用上提供一種量子晶片冷卻管理裝置，用於控制量子電腦(圖中未示)內量子晶片110的冷卻管理，包含：一遠端監控裝置400用於無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片110的溫度狀況；該遠端監控裝置400可以是一般電腦或手持行動裝置(例如手機、筆記型電腦、平板電腦)，以無線傳輸方式傳回溫度管理資訊到量子電腦管理者，方便了解量子電腦內部的散熱管理與運作現況。
複數個第一無線模組250，各第一無線模組250對應控制各量子晶片110的散熱模組200，該遠端監控裝置400透過該第一無線模組250將控制該散熱模組200的冷卻管240的冷卻作動，及冷卻液的流速與流量，對高溫高資料處理的該量子晶片110提供冷卻液進行降溫。
實施上，該第一無線模組250將控制該散熱模組200內的一致冷晶片210動作，及該冷卻管240內一微型幫浦220抽冷卻液的流速及一電磁閥幫浦230開啟閥門的角度控制冷卻液的流量。
一AI運算控制單元310裝設於所述量子電腦的一中央水箱300，用以即時分析各量子晶片110的資料運作量，及各散熱模組200的該冷卻管200的運作狀態；以及一第二無線模組320回傳該AI運算控制單元310的熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置400，讓管理人員可以快速知道量子電腦的散熱運作情況。
整體上，對於該遠端監控裝置400的管理者來說，量子電腦內部的各量子晶片110的散熱模組200透過各自的第一無線模組250，可依照各量子晶片110處理的資料量與溫度以無線(微波)方式控制此散熱模組200的致冷晶片110動作把溫度轉成冷卻效果，該致冷晶片110控制由該中央水箱300傳輸冷卻液來對該量子晶片110降溫，且依照各量子晶片110熱溫度以微電磁閥幫浦230開啟電動閥門的角度(冷卻液流量)、微型幫浦220抽取該冷卻管240內冷卻液的流速，隨不同溫度高低增加抽水速度與流量至該中央水箱300，讓該冷卻管240內冷卻液可以對高溫高資料處理之量子晶片110提供最佳散熱效果，達到到快速降溫效果。
在本案的實施應用上，該第一無線模組250及該第二無線模組320可以是毫米波(Millimeter Wave，mmWave) 無線模組。可以利用毫米波無線模組短波長、高頻寬、高分辨率、高指向性、天線尺寸小、精準度高等特性，滿足本案實施在數據傳輸與通訊，以及感測方面的應用。
實施上，該AI運算控制單元310連接一中央風扇330，用以對外抽氣加速降低該中央水箱300的散熱管路(連通到前述冷卻管240)的溫度。該AI運算控制單元310連接一中央幫浦340用以加速該中央水箱300的散熱管路(連通到前述冷卻管240)內冷卻液的降溫速度。
量子電腦內配備大型的中央水箱300，當該中央水箱300溫度大於一定設定溫度，則啟動對外抽氣的中央風扇330風扇及大循環的中央幫浦340，降低該中央水箱300內主散熱管路(連通到前述冷卻管240)內冷卻液的溫度，增加量子電腦整體的散熱能力，使各量子晶片110的冷卻管240內冷卻液提供最佳散熱效果，達到到快速降溫效果。
本案技術特徵在於透過無線訊號遠端遙控監看量子電腦之量子晶片110，透過監控經由熱轉換產生冷卻效果的散熱模組200與冷卻管240，控制量子電腦內各量子晶片100的冷卻管240內冷卻液的流速快慢與大小與中央水箱300結合，讓各量子晶片110可因負載多寡或外部透過無線(微波)控制來對散熱模組200內的致冷晶片210、微型幫浦200抽調整冷卻液速度及微電磁閥幫浦230開啟閥門的角度來幫助量子電腦的冷卻效果，讓不同量子晶片110不同冷卻液傳輸速度與流量，達到快速降溫效果。
為了達成上述目的，本案的量子晶片100冷卻管理方法，包含以下流程︰
請再參閱圖3為本案量子晶片散熱模組啟動流程圖。實施上，透過該遠端監控裝置400無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片110的溫度狀況，複數個第一無線模組250對應各量子晶片110的散熱模組200，當有該量子晶片110進行高資料處理導致溫度提升至指定溫度，即該量子晶片110即將過熱時，該遠端監控裝置400透過該第一無線模組250啟動控制該散熱模組200內的冷卻作動及冷卻液的流速與流量。
各量子晶片110的散熱模組200透過各自的第一無線模組250，可依照各量子晶片110處理的資料量與溫度以無線(微波)方式控制此散熱模組200的致冷晶片110動作把溫度轉成冷卻效果，該致冷晶片110控制由該中央水箱300傳輸冷卻液來對該量子晶片110降溫，且依照各量子晶片110熱溫度以微電磁閥幫浦230開啟電動閥門的角度(冷卻液流量)、微型幫浦220抽取該冷卻管240內冷卻液的流速，隨不同溫度高低增加抽水速度與流量至該中央水箱300，由該中央水箱300傳輸冷卻液對該量子晶片110降溫，讓該冷卻管240內冷卻液可以對高溫高資料處理之量子晶片110提供最佳散熱效果，達到到快速降溫效果，並在降溫後恢復到原有的散熱運作狀態。
請再參閱圖4為本案中央水箱散熱啟動流程圖。在該中央水箱300的散熱啟動方面，在前述該中央水箱300傳輸冷卻液對溫度過高的該量子晶片110降溫；在各該量子晶片110的散熱模組200啟動小循環冷卻時，該中央水箱300透過該AI運算控制單元310收集各量子晶片110的溫度資訊，透過拓撲(topology)陣列以AI方式來管理所有量子晶片110的該散熱模組200，與該中央水箱300冷卻液管道的冷卻真值表，用以即時分析各量子晶片110的資料運作量，及各量子晶片110的散熱模組200的冷卻運作狀態。
該中央水箱透300過該AI運算控制單元310在確認超過設定溫度時，例如中央水箱300以拓撲(topology)陣列，如對於有64個量子晶片110的量子電腦，以拓撲(topology) 8*8陣列以人工智慧溫度方式來管理量子電腦內的64個量子晶片110的散熱模組200與中央水箱300的冷卻液管道的冷卻真值表，即時分析量子晶片110資料運作量與主散熱管線(冷卻管240)的溫度，在確認主散熱管線(冷卻管240)的溫度超過設定溫度時，啟動該中央幫浦340加速該中央水箱300的散熱管路內冷卻液的降溫速度，及啟動該中央風扇330對外抽氣加速降低該中央水箱300的散熱管路的溫度。
在這過程中，該中央水箱300透過該第二無線模組320回傳該AI運算控制單元310的熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置400，讓管理人員可以快速知道電腦散熱運作情況。並在主散熱管線(冷卻管240)的溫度降到指定溫度時，恢復到原有的散熱運作狀態，且彙整溫度管理矩陣資料圖表給管理人員，
本案技術在於大型量子電腦的量子晶片110降溫管理方法，包括各量子晶片110的散熱模組200與中央水箱300的散熱管理，透過無線(微波)啟動各量子晶片110的散熱模組200，依照各量子晶片110的資料處理量與溫度來調整冷卻液流量與流速，達到最好的集成式溫度管理，並傳回此溫度管理資訊到電腦管理者手持裝置，方便了解電腦散熱管理與運作現況。
所以，本發明具有下列特點，(1)本案技術透過無線(微波)方式，可用手持裝置遠端監控，更方便管理量子電腦內各量子晶片110溫度變化且集成數據。
(2)針對量子晶片110散熱可無線(微波)來控制散熱模組200內致冷晶片210讓量子晶片110把溫度轉成冷卻效果，且依照各量子晶片110的熱溫度以微波控制該微型幫浦220抽取該散熱模組200的冷卻管240內冷卻液轉速，與微電磁閥幫浦230開啟電動閥門的角度，隨溫度高低增加冷卻液流速與流量)至大型的中央水箱300的散熱管道，來達到不同量子晶片110不同冷卻液傳輸速度與流量，達到快速降溫效果。
(3)大型的中央水箱300配備無線模組(接收、發射微波器)，且各量子晶片110的散熱模組200有各獨立無線模組(接收、發射微波器)，有自己連接中央水箱300的冷卻渠道，藉由該AI運算控制單元310此渠道成為一個人工智慧演算法真值表，透過演算法也可以回饋量子晶片組簇，哪一個渠道的量子晶片110正在大量運算，是否啟動其他量子晶片組加以備援運算，達到分散量子晶片運算壓力的目的。
(4)該中央水箱300的設置，藉由該AI運算控制單元310可以即時分析各量子晶片110資料運作量與主散熱管線溫度，當該中央水箱300溫度大於一定設定溫度，則啟動對外抽氣的中央風扇330及中央幫浦340加大冷卻液的循環，降低中央水箱300散熱管路內冷卻液溫度。
上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
110:量子晶片 200:散熱模組 210:致冷晶片 220:微型幫浦 230:電磁閥幫浦 240:冷卻管 250:第一無線模組 300:中央水箱 310:AI運算控制單元 320:第二無線模組 330:中央風扇 340:中央幫浦 400:遠端監控裝置
[圖1]為本案量子晶片散熱模組的架構示意圖。 [圖2]為本案量子晶片散熱模組至中央水箱的架構示意圖。 [圖3]為本案量子晶片散熱模組啟動流程圖。 [圖4]為本案中央水箱散熱啟動流程圖。
110:量子晶片
200:散熱模組
210:致冷晶片
220:微型幫浦
230:電磁閥幫浦
240:冷卻管
250:第一無線模組
300:中央水箱
400:遠端監控裝置

Claims (10)

  1. 一種量子晶片冷卻管理裝置，用於控制量子電腦內量子晶片的冷卻管理，包含：一遠端監控裝置，用於無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片的溫度狀況；複數個第一無線模組，各第一無線模組對應控制各量子晶片的散熱模組，該遠端監控裝置透過該第一無線模組將控制該散熱模組的冷卻管的冷卻作動，及冷卻液的流速與流量，對高溫高資料處理的該量子晶片提供冷卻液進行降溫；一AI運算控制單元，裝設於所述量子電腦的一中央水箱，用以即時分析各量子晶片的資料運作量，及各散熱模組的該冷卻管的運作狀態；以及一第二無線模組，回傳該AI運算控制單元的熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置，讓管理人員可以快速知道電腦散熱運作情況。
  2. 如請求項1所述之量子晶片冷卻管理裝置，其中，該第一無線模組及該第二無線模組為一毫米波無線模組。
  3. 如請求項1所述之量子晶片冷卻管理裝置，其中，該第一無線模組將控制該散熱模組內的一致冷晶片動作，該致冷晶片控制由該中央水箱傳輸冷卻液來對該量子晶片降溫，及該冷卻管內一微型幫浦抽冷卻液的流速及一電磁閥幫浦開啟閥門的角度控制冷卻液流量。
  4. 如請求項1所述之量子晶片冷卻管理裝置，其中，該AI運算控制單元連接一中央風扇，用以對外抽氣加速降低該中央水箱的溫度。
  5. 如請求項1所述之量子晶片冷卻管理裝置，其中，該AI運算控制單元連接一中央幫浦，用以加速該中央水箱的降溫速度。
  6. 一種量子晶片冷卻管理方法，用於控制量子電腦內量子晶片的冷卻管理方法，包含：透過一遠端監控裝置無線監控所述量子電腦內的所有量子晶片的溫度狀況；複數個第一無線模組對應各量子晶片的散熱模組，當該量子晶片進行高資料處理導致溫度提升至指定溫度，該遠端監控裝置透過該第一無線模組將控制該散熱模組內的冷卻管的冷卻作動及冷卻液的流速與流量，開始由一中央水箱傳輸冷卻液對該量子晶片降溫；以及在各該量子晶片的散熱模組啟動小循環冷卻時，該中央水箱內的一AI運算控制單元收集各量子晶片的溫度資訊，透過拓撲(topology)陣列以AI方式來管理所有量子晶片的該散熱模組，與該中央水箱冷卻液管道的冷卻真值表，用以即時分析各量子晶片的資料運作量，及各量子晶片的散熱模組的冷卻運作狀態。
  7. 如請求項6所述之量子晶片冷卻管理方法，其中，該第一無線模組將控制該散熱模組內的一致冷晶片動作，及該散熱模組的冷卻管內一微型幫浦抽冷卻液的流速及一電磁閥幫浦開啟閥門的角度控制冷卻液流量，由該中央水箱傳輸冷卻液對該量子晶片降溫。
  8. 如請求項6所述之量子晶片冷卻管理方法，其中，該中央水箱透過一第二無線模組回傳該AI運算控制單元的熱管理矩陣資訊至該遠端監控裝置，讓管理人員可以快速知道電腦散熱運作情況。
  9. 如請求項6所述之量子晶片冷卻管理方法，其中，該中央水箱透過該AI運算控制單元在確認超過設定溫度時，啟動一中央風扇對外抽氣加速降低該中央水箱的溫度。
  10. 如請求項6所述之量子晶片冷卻管理方法，其中，該中央水箱透過該AI運算控制單元在確認超過設定溫度時，啟動一中央幫浦加速該中央水箱的降溫速度。
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