Kolejny krok do ogromnej prędkości przesyłania danych

Już od wielu lat ekipy naukowców pracują nad systemami optycznymi, które nadawałyby się nie tylko do komunikacji na długich dystansach, ale także do wymiany danych między elementami półprzewodnikowymi w układach scalonych. Pozwoliłoby to osiągać bardzo duże prędkości transmisji przy bardzo małym zapotrzebowaniu na energię na każdy przesyłany bit.

.

Pracownicy IBM Labs ogłosili właśnie, że znaleźli sposoby rozwiązania niektórych spośród licznych problemów stojących na przeszkodzie stosowaniu komunikacji optycznej w chipach na skalę masową. Szczególnie ważna jest integracja optycznych układów nadawczo-odbiorczych (transceiverów) na tej samej płytce krzemu, na której znajduje się zasadniczy element konstrukcyjny – na przykład procesor. W tym celu opracowano metodę produkcji kompaktowych podzespołów optycznych z wykorzystaniem standardowych technologii stosowanych w układach CMOS. Zestaw komponentów optycznych oraz niezbędnych do ich wytwarzania technologii nosi nazwę CMOS Integrated Silicon Nanophotonics.

Jak informują inżynierowie IBM-a, transceiver dla jednego kanału komunikacji optycznej zajmuje powierzchnię zaledwie 0,5 milimetra kwadratowego; jest to dziesiąta część tego, co dotychczas udało się osiągnąć konkurencyjnym firmom. IBM na razie nie zdradza przepustowości pojedynczego kanału transmisyjnego. Tajemnicą pozostają także szczegóły dotyczące połączenia transceivera z wbudowanymi w chipie światłowodami. Firma twierdzi jednak, że na powierzchni 1. milimetrów kwadratowych krzemu da się pomieścić tyle optycznych układów nadawczo-odbiorczych, że ich przepustowość osiągnie 1 Tb/s. Ta wartość (w przeliczeniu 128 GB/s) stanowi pięciokrotność tego, co daje się uzyskać z zastosowaniem technologii HyperTransport 3.1 (AMD) albo QuickPath Interconnect (Intel) – tu maksymalny transfer wynosi 25 GB/s. Od 2011 roku magistrale PCI Express 3.0 mają osiągać 32 GB/s. Nowoczesne karty graficzne, łącząc się z szybkimi pamięciami GDDR5, transmitują dane z
prędkością przekraczającą 190 GB/s, ale wykorzystują w tym celu 384 linie przesyłowe.

Specjaliści z IBM-a oczekują, że transceivery optyczne pozwolą budować superkomputery klasy exascale przy zachowaniu akceptowalnego poziomu zużycia energii.

W przeszłości zespoły badawcze koncernu zaprezentowały już wiele modulatorów optycznych projektowanych z myślą o zastosowaniu w układach scalonych, optyczny mikroprzełącznik, fotodetektor lawinowy (APD)
i bufor optyczny. W marcu IBM ogłosił, że gotowe są także elementy dla obwodów fotonicznych i można rozpocząć wytwarzanie świetlnych chipów. Jak widać na grafice z 2005 roku (opracowanej przez laboratorium Big Blue w Zurychu), specjaliści koncernu jeszcze sceptycznie oceniali potencjał optycznych połączeń typu on-chip: na obrazku
zaznaczono, że takich łączy między całymi kartami w szafach komputerów należy oczekiwać mniej więcej teraz. Optyczna komunikacja między poszczególnymi układami w module wielochipowym (MCM) powinna się upowszechnić od roku 2015, a optyczna komunikacja między elementami pojedynczego układu (on-chip) "jeszcze później, jeśli w ogóle".

wydanie internetowe www.heise-online.pl