För första gången har forskare använt befintlig teknologi för att göra en komplex processor som använder energi-effektiva optiska anslutningar.
Varför Det Är Viktigt
Datacenter förbrukar massor av energi och är ansvarig för enorma mängder av koldioxidutsläpp.
En processor som integrerar elektroniska kretsar och optik på samma chip kan spara energi i datacenter.
En mikroprocessor som använder optiska anslutningar i stället av elektriska ledningar för att flytta data staden har länge varit en stor dröm för chip designers, men försök att fabricera en har motverkat dem i flera år.
Nu en prototyp som beskrivs i tidskriften Nature erbjuder en lovande och praktiska tillvägagångssätt. Den elektroniska optiska mikroprocessor, som utvecklats av en grupp forskare vid MIT, University of California, Berkeley och University of Colorado, Boulder, integrerar över 70 miljoner transistorer och 850 optiska komponenter. Systemet använder optiska fibrer, sändare och mottagare för att skicka data mellan en processor chip och ett minne. I en demo, det går ett grafik-program för att visa och manipulera en 3-D bild, en uppgift som kräver hjälp av det interna optiska anslutningar för att hämta data från minnet och köra instruktioner.
Optiska anslutningar kan överföra mer data snabbare än el de förbrukar samma mängd energi. De överföringar av uppgifter i prototypen skedde vid en hastighet av 300 gigabit per sekund per kvadratmeter millimeter, som forskarna säger är 10 till 50 gånger högre än för en jämförbar off-the-shelf elektronisk mikroprocessor. Att öka bandbredden kan spara en hel del energi i datacenter, säger Chen Solen, en forskare vid University of California, Berkeley. Han uppskattar att 20 till 30 procent av den energi som används i data-center-servrar används för att överföra data mellan processor, minne och nätverkskort. Enligt en analys från Natural Resources Defense Council, datacenter i Usa kommer att förbruka 140 miljarder kilowattimmar el per år från och med 2020, som kostar $13 miljarder kronor och släpper ut 100 miljoner ton koldioxid.
Medan den optiska anslutningar används ofta för långa avstånd telekommunikationsförbindelser, att föra dem till servrar och på marker som har varit svårt. Optiska komponenter har varit dyrt att göra, kräver särskilda processer och material som är svåra eller omöjliga att integrera i befintliga halvledare produktionslinjer.
En närmare bild av chipet.
Få optiska komponenter på samma chip som elektronik är särskilt svårt. Forskarna har kunnat kombinera endast mycket enkla kretsar med optiska delar, och dessa system har varit dyr, säger Sun. Han och hans medarbetare hoppas på att hålla kostnaderna nere genom att tillverka sina produkter på befintliga semiconductor equipment. Prototypen chips var gjort på en fungerande semiconductor manufacturing anläggning som drivs av GlobalFoundries i Fishkill, NY. Forskarna skickade dem deras mönster och sedan fick tillbaka sina prov marker. Denna fab är av en äldre generation, vilket gör den integrerade kretsar på state-of-the-art utrustning som används för att göra dagens bästa kretsar kommer att kräva mer arbete.
För att uppnå en on-chip optisk anslutning mellan minne och processor med konventionell kiselskivor i en vanlig gjuteri är “en betydande teknisk prestation, säger Shayan Mookherjea, elingenjör vid University of California, San Diego, som också utvecklar optiska anslutningar för datacenter. Dock påpekar han att göra chips på detta sätt kräver etsning av en del av silicon stöd som annars skulle tillåta ljus att läcka ut på den arbetande delar av chip. Det kan vara svårt att göra på ett tillförlitligt sätt.
Solen är optimistisk. Detta Kan, han grundade ett företag för att kommersialisera de mönster. Ayar Labs Berkeley är att utveckla produkter som riktar sig till datacenter och får vara beredd på att få en produkt till marknaden i så lite som två år, säger han.