For første gang, forskere har brugt eksisterende produktionsteknologi til at gøre en kompleks processor, der bruger energi-effektive optiske forbindelser.
Hvorfor Det Er Vigtigt
Datacentre forbruge masser af energi og er ansvarlige for enorme mængder af co-emissionerne.
En processor, der integrerer elektroniske kredsløb og optik på den samme chip, kunne spare på energien i datacentre.
En mikroprocessor, der anvender optiske forbindelser, i stedet for elektriske ledninger til transport af data omkring har længe været en drøm for chip designere, men forsøget på at fremstille en har frustreret dem i år.
Nu er en prototype, der er beskrevet i tidsskriftet Nature tilbyder en lovende og praktisk tilgang. Den elektroniske-optisk mikroprocessor, som er udviklet af en gruppe forskere ved MIT, University of California, Berkeley, University of Colorado, Boulder, integrerer over 70 millioner transistorer og 850 optiske komponenter. Systemet bruger optiske fibre, sendere og modtagere til at sende data mellem en processor chip og en hukommelseschip. I en demo, det kører et grafik program til at vise og manipulere et 3-D billede, en opgave, der kræver brug af den indbyggede optiske forbindelser for at hente data fra hukommelsen og køre instruktioner.
Optiske forbindelser, der kan bære flere data hurtigere end elektriske dem, der indtager den samme mængde strøm. Data overførsler i den prototype, der fandt sted med en hastighed på 300 gigabit per sekund per kvadrat millimeter, som forskerne siger, er 10 til 50 gange prisen for en tilsvarende off-the-shelf elektroniske mikroprocessor. At sætte skub i båndbredde kunne spare en masse energi i datacentre, siger Chen Søn, en forsker ved University of California, Berkeley. Han anslår, at 20 til 30 procent af den energi, der bruges i data-center-servere er brugt overførsel af data mellem processoren, hukommelsen, og networking kort. Ifølge en analyse af Natural Resources Defense Council, datacentre i Usa vil forbruge 140 milliarder kilowatt-timer el om året i 2020, koster $13 milliarder og udsender 100 millioner tons kulstof.
Mens optiske forbindelser, er almindeligt brugt til lang-distance telekommunikationsforbindelser, hvilket bringer dem ind i servere og på chips har været svært. Optiske komponenter har været dyrt at lave, kræver dedikerede processer og materialer, der er vanskelige eller umulige at integrere i eksisterende halvleder produktion linjer.
Et tættere billede af chip.
Få optiske komponenter på den samme chip som elektronik er særlig hårdt. Forskere har været i stand til at kombinere kun meget simpelt kredsløb med optiske dele, og disse systemer har været i den dyre ende, siger Sun. Han og hans samarbejdspartnere håb for at holde omkostningerne nede ved fremstillingen af deres enheder på eksisterende halvleder udstyr. Prototypen chips blev lavet på et semiconductor manufacturing facility, der er drevet af GlobalFoundries i Fishkill, NY. Forskerne sendte dem deres design, og kom så tilbage til deres test chips. Dette fab er en ældre generation, hvilket gør den integrerede chips på state-of-the-art udstyr, der anvendes til at gøre dagens bedste kredsløb vil kræve mere arbejde.
Opnåelse af en on-chip optiske forbindelse mellem hukommelse og processor ved hjælp af konventionelle silicium wafers i en almindelig støberier er “en betydelig teknologisk bedrift,” siger Shayan Mookherjea, elektroingeniør på University of California, San Diego, der er også ved at udvikle optiske forbindelser til datacentre. Men han påpeger, at man ved at gøre chips denne måde kræver, ætsning off del af silicium opbakning, der måske ellers tillader lys at sive ud af den arbejdende del af chip. Der kan være vanskelig at gøre pålideligt.
Solen er optimistisk. Dette Kan, som han grundlagde for et selskab at kommercialisere designs. Ayar Labs Berkeley er at udvikle produkter, der tager sigte på datacentre og kan være klar til at bringe et produkt på markedet i så få som to år, siger han.