RSFQ 技術與傳統 CMOS 電晶體技術相比，主要的優勢和缺點如下：

### 優勢

1. **工作頻率**：
   - RSFQ 技術具有極快的工作頻率，可以達到數十到數百千兆赫的範圍，遠高於 CMOS 的頻率。

2. **低功耗**：
   - RSFQ 的功耗比 CMOS 技術低約 10 萬倍（不考慮冷卻），非常適合需要高效率的應用。

3. **與其他技術的互操作性**：
   - RSFQ 可以與 CMOS 電路、微波和紅外線技術進行互操作，增加了其應用的靈活性。

4. **良好的製造變化耐受性**：
   - RSFQ 電路相對於製造變化的耐受性較好，這對於大規模生產是有利的。

5. **自我計時特性**：
   - RSFQ 電路本質上是自我計時的，使得非同步設計變得更加可行，這對於快速運算非常重要。

### 缺點

1. **低溫冷卻需求**：
   - RSFQ 技術需要在低溫環境下運行，傳統上需要使用液氮或液氦等低溫液體，這對於系統設計和運行成本都會增加。

2. **高溫超導體的限制**：
   - 雖然使用高溫超導體可以放寬冷卻要求，但目前高溫超導體的應用仍然限於低複雜度的電路，且超過約 20K - 25K 的溫度會導致誤碼率增加。

3. **靜態功耗問題**：
   - RSFQ 的靜態功耗通常比執行邏輯操作時的動態功耗高 10-100 倍，這可能會限制其在某些應用中的使用。然而，ERSFQ 可以透過使用超導元件來消除這一問題。

4. **技術學習曲線**：
   - RSFQ 作為一項顛覆性技術，需要專業的教育和商業軟體的支持，目前仍有待發展。

總體來看，RSFQ 技術在速度和功耗方面具備顯著優勢，但低溫需求和靜態功耗等限制會影響其廣泛應用。
RSFQ 技術與傳統 CMOS 電晶體技術相比，有哪些主要的優勢和缺點？
在電子學領域中，**快速單通量量子**（英語：rapid single flux quantum，縮寫 **RSFQ**；也稱**快單磁通量子**）是一種使用超導裝置的數位產品，也稱約瑟夫森結，用來處理數位訊號。在 RSFQ 邏輯中，資訊以磁通量量子的形式儲存，並以單通量量子（Single Flux Quantum，縮寫 SFQ）電壓脈衝的形式傳遞。RSFQ 是超導或 SFQ 邏輯的一個家族。其他家族包括 Reciprocal Quantum Logic (RQL)、ERSFQ—— 不使用偏置電阻等元件的節能 RSFQ 版本。約瑟夫效應是 RSFQ 電子的有源元件，就像電晶體是半導體電子中的有源元件一樣。RSFQ 是一種經典數學而非量子電腦技術。

RSFQ 與普通電腦使用的 CMOS 電晶體技術有很大差異：

* 超導裝置需要低溫。
* 約瑟夫森結產生的皮秒級 SFQ 電壓脈衝被用於編碼、處理和傳輸數字資訊，這代替半導體電子器件中電晶體產生的電壓電平。
* SFQ 電壓脈衝在超導傳輸線上的行程非常小，並且如果脈衝的頻譜分量不超過超導體能隙的頻率，通常可以忽略不計。
* 在 1 ps 的 SFQ 脈衝情況下，電路計時可能達到 100 GHz 頻率（每 10 皮秒一次脈衝）。

## 優點

* 可以與 CMOS 電路、微波和紅外線技術互操作
* 極快工作頻率：從幾十千兆赫到高達數百千兆赫
* 低功耗：比 CMOS 電路低大約 10 萬倍（不考慮冷卻）
* 現有晶片製造技術可適用於製造 RSFQ 電路
* 良好的製造變化耐受性
* RSFQ 電路本質上是自我計時，這使非同步設計更實用。

## 缺點

* 需要低溫冷卻。傳統上這已通過低溫液體實現，諸如液氮和液氦。最近來說，如脈管制冷機等封閉式迴圈制冷機已納入考慮，它們能避免使用昂貴且需要定期再填充的低溫液體。低溫冷卻還有一個優點是降低了工作環境的熱噪聲。
* 通過使用高溫超導體，冷卻的要求可得到放寬。但迄今為止，使用高溫超導體僅實現了非常低複雜度的 RFSQ 電路。據信基於 SFQ 的數位技術在溫度高於～20 K - 25 K 時變得不切實際，參數 _E_J/_k_B_T_ 因溫度 _T_ 的增加導致的減小會導致誤碼率（熱誘髮結切換）呈指數增長 ，其中 _E_J = _I_cΦ0/2π 是約瑟夫森能量。
* 靜態功耗通常比執行邏輯操作所需的動態功耗大 10-100 倍，這是其一個缺點。不過，在 ERSFQ 版本的 RSFQ 中，通過使用超導電感器和約瑟夫森結而非偏置電阻（靜態功耗來源）則完全消除了靜態功耗。
* 由於 RSFQ 是一種顛覆性技術，專門的教育程度和商業軟體仍有待開發。

## 應用

* 光通信或其他高速網路交換裝置
* 數位訊號處理，達到 X 波段及以上的訊號
* 超高速路由器
* 軟體無線電（SDR）
* 高速類比數位轉換器
* 高效能低溫電腦
* 超導量子位元和量子電路的控制電路

## 參見

* 超導邏輯，包含比 RSFQ 能源效率更佳的新邏輯系列。
* 量子通量參量，相關的數字邏輯技術。

## 參考資料

## 拓展閱讀

* Superconducting Technology Assessment （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, study of RSFQ for computing applications, by the NSA (2005).
* 超导 RSFQ 计算机。中國計算機學會通訊. 2016, (3) [2017-11-02] （中文（中國大陸））.

## 外部連結

* An introduction to the basics and links to further information at the State University of New York at Stony Brook.
* K.K. Likharev and V.K. Semenov, RSFQ logic/memory family: a new Josephson-junction technology for sub-terahertz-clock-frequency digital systems. IEEE Trans. Appl. Supercond. 1 (1991), 3. doi:10.1109/77.80745
* A. H. Worsham, J. X. Przybysz, J. Kang, and D. L. Miller, "_A single flux quantum cross-bar switch and demultiplexer,_" IEEE Trans. on Appl. Supercond., vol. 5, pp. 2996–2999, June 1995.
* Feasibility Study of RSFQ-based Self-Routing Nonblocking Digital Switches (1996) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Design Issues in Ultra-Fast Ultra-Low-Power Superconductor Batcher-Banyan Switching Fabric Based on RSFQ Logic/Memory Family (1997) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* A Clock Distribution Scheme for Large RSFQ Circuits (1995) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Josephson Junction Digital Circuits – Challenges and Opportunities (Feldman 1998) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Superconductor ICs: the 100-GHz second generation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） // IEEE Spectrum, 2000
## 優點

* 可以與 CMOS 電路、微波和紅外線技術互操作
* 極快工作頻率：從幾十千兆赫到高達數百千兆赫
* 低功耗：比 CMOS 電路低大約 10 萬倍（不考慮冷卻）
* 現有晶片製造技術可適用於製造 RSFQ 電路
* 良好的製造變化耐受性
* RSFQ 電路本質上是自我計時，這使非同步設計更實用。

## 缺點

* 需要低溫冷卻。傳統上這已通過低溫液體實現，諸如液氮和液氦。最近來說，如脈管制冷機等封閉式迴圈制冷機已納入考慮，它們能避免使用昂貴且需要定期再填充的低溫液體。低溫冷卻還有一個優點是降低了工作環境的熱噪聲。
* 通過使用高溫超導體，冷卻的要求可得到放寬。但迄今為止，使用高溫超導體僅實現了非常低複雜度的 RFSQ 電路。據信基於 SFQ 的數位技術在溫度高於～20 K - 25 K 時變得不切實際，參數 _E_J/_k_B_T_ 因溫度 _T_ 的增加導致的減小會導致誤碼率（熱誘髮結切換）呈指數增長 ，其中 _E_J = _I_cΦ0/2π 是約瑟夫森能量。
* 靜態功耗通常比執行邏輯操作所需的動態功耗大 10-100 倍，這是其一個缺點。不過，在 ERSFQ 版本的 RSFQ 中，通過使用超導電感器和約瑟夫森結而非偏置電阻（靜態功耗來源）則完全消除了靜態功耗。
* 由於 RSFQ 是一種顛覆性技術，專門的教育程度和商業軟體仍有待開發。 在電子學領域中，**快速單通量量子**（英語：rapid single flux quantum，縮寫 **RSFQ**；也稱**快單磁通量子**）是一種使用超導裝置的數位產品，也稱約瑟夫森結，用來處理數位訊號。在 RSFQ 邏輯中，資訊以磁通量量子的形式儲存，並以單通量量子（Single Flux Quantum，縮寫 SFQ）電壓脈衝的形式傳遞。RSFQ 是超導或 SFQ 邏輯的一個家族。其他家族包括 Reciprocal Quantum Logic (RQL)、ERSFQ—— 不使用偏置電阻等元件的節能 RSFQ 版本。約瑟夫效應是 RSFQ 電子的有源元件，就像電晶體是半導體電子中的有源元件一樣。RSFQ 是一種經典數學而非量子電腦技術。

RSFQ 與普通電腦使用的 CMOS 電晶體技術有很大差異：

* 超導裝置需要低溫。
* 約瑟夫森結產生的皮秒級 SFQ 電壓脈衝被用於編碼、處理和傳輸數字資訊，這代替半導體電子器件中電晶體產生的電壓電平。
* SFQ 電壓脈衝在超導傳輸線上的行程非常小，並且如果脈衝的頻譜分量不超過超導體能隙的頻率，通常可以忽略不計。
* 在 1 ps 的 SFQ 脈衝情況下，電路計時可能達到 100 GHz 頻率（每 10 皮秒一次脈衝）。 在電子學領域中，**快速單通量量子**（英語：rapid single flux quantum，縮寫 **RSFQ**；也稱**快單磁通量子**）是一種使用超導裝置的數位產品，也稱約瑟夫森結，用來處理數位訊號。在 RSFQ 邏輯中，資訊以磁通量量子的形式儲存，並以單通量量子（Single Flux Quantum，縮寫 SFQ）電壓脈衝的形式傳遞。RSFQ 是超導或 SFQ 邏輯的一個家族。其他家族包括 Reciprocal Quantum Logic (RQL)、ERSFQ—— 不使用偏置電阻等元件的節能 RSFQ 版本。約瑟夫效應是 RSFQ 電子的有源元件，就像電晶體是半導體電子中的有源元件一樣。RSFQ 是一種經典數學而非量子電腦技術。

RSFQ 與普通電腦使用的 CMOS 電晶體技術有很大差異：

* 超導裝置需要低溫。
* 約瑟夫森結產生的皮秒級 SFQ 電壓脈衝被用於編碼、處理和傳輸數字資訊，這代替半導體電子器件中電晶體產生的電壓電平。
* SFQ 電壓脈衝在超導傳輸線上的行程非常小，並且如果脈衝的頻譜分量不超過超導體能隙的頻率，通常可以忽略不計。
* 在 1 ps 的 SFQ 脈衝情況下，電路計時可能達到 100 GHz 頻率（每 10 皮秒一次脈衝）。 ## 優點

* 可以與 CMOS 電路、微波和紅外線技術互操作
* 極快工作頻率：從幾十千兆赫到高達數百千兆赫
* 低功耗：比 CMOS 電路低大約 10 萬倍（不考慮冷卻）
* 現有晶片製造技術可適用於製造 RSFQ 電路
* 良好的製造變化耐受性
* RSFQ 電路本質上是自我計時，這使非同步設計更實用。

## 缺點

* 需要低溫冷卻。傳統上這已通過低溫液體實現，諸如液氮和液氦。最近來說，如脈管制冷機等封閉式迴圈制冷機已納入考慮，它們能避免使用昂貴且需要定期再填充的低溫液體。低溫冷卻還有一個優點是降低了工作環境的熱噪聲。
* 通過使用高溫超導體，冷卻的要求可得到放寬。但迄今為止，使用高溫超導體僅實現了非常低複雜度的 RFSQ 電路。據信基於 SFQ 的數位技術在溫度高於～20 K - 25 K 時變得不切實際，參數 _E_J/_k_B_T_ 因溫度 _T_ 的增加導致的減小會導致誤碼率（熱誘髮結切換）呈指數增長 ，其中 _E_J = _I_cΦ0/2π 是約瑟夫森能量。
* 靜態功耗通常比執行邏輯操作所需的動態功耗大 10-100 倍，這是其一個缺點。不過，在 ERSFQ 版本的 RSFQ 中，通過使用超導電感器和約瑟夫森結而非偏置電阻（靜態功耗來源）則完全消除了靜態功耗。
* 由於 RSFQ 是一種顛覆性技術，專門的教育程度和商業軟體仍有待開發。