Гибридные оптические процессоры большего размера могут конкурировать с кремниевыми конструкциями

Гибридные оптические процессоры большего размера могут конкурировать с кремниевыми конструкциями

Исследователи обнаружили новый метод потенциальной интеграции оптических межсоединений на уровне чипа. В случае успеха такой подход теоретически может позволить значительно увеличить общую производительность, не говоря уже об экономии энергии.

У осветительных вычислений есть несколько присущих ему свойств. Во-первых, это быстро. Переключение оптического транзистора на другой оптический транзистор имеет теоретическую скорость, измеряемую в фемтосекундах (10–15, по сравнению с «подсобными» наносекундами (10–9), которые мы измеряем сегодня.

Проблема с использованием света для переключения света заключается в том, что он также чрезвычайно неэффективен и обычно работает лучше на больших расстояниях. Гибридные устройства, сочетающие в себе оптику и электронику, использующие электронику для сигнализации и свет для фактической передачи информации, было сложно построить из-за значительных различий в масштабе, а также из-за потерь энергии при переключении со света на электричество и обратно.

Изображение IBM, демонстрирующее сложность масштабирования фотонных решений до масштабных вычислений. (Изображение предшествует этому открытию.)
Изображение IBM, демонстрирующее сложность масштабирования фотонных решений до масштабных вычислений. (Изображение предшествует этому открытию.)

Исследователи использовали новый тип более эффективного фотонного кристалла, позволяющий им создавать как электрические, так и оптические устройства. Команда создала как электрооптический модулятор, который передавал данные со скоростью 40 Гбит / с, так и фотоприемник со скоростью 10 Гбит / с. Потребляемая мощность была значительно ниже, всего 42 аттджоуля на бит.

При таких скоростях и уровнях энергопотребления гибридные оптические / электрические системы могут потенциально использоваться в будущих устройствах для обеспечения межсоединений между чипами - например, при поддержании согласованности кэша между многоядерными ЦП. Но для того, чтобы воспользоваться этой возможностью, понадобилось бы увеличить чипы. Оптическое оборудование просто не может быть уменьшено до того же уровня, что и обычные логические транзисторы.

Эта технология не может быть использована для создания полномасштабного чипа; Core i7, реализованный с использованием современной оптической технологии, будет иметь размеры 48 м2. Это не поддерживается стандартным форм-фактором ATX. Но идея о том, что увеличение компонентов может позволить нам в конечном итоге улучшить производительность, не безумна.

С окончанием масштабирования по закону транзистора по закону Мура и масштабированием по Деннарду, которое давно умерло, повышение энергоэффективности и производительности при переходе на оптическое межсоединение, вероятно, будет больше, чем что-либо еще, которое можно извлечь из более низких технологических узлов. Это особенно вероятно, если вы считаете, что эта технология все еще находится на стадии внедрения, и к тому времени, когда на рынке появятся какие-либо вероятные решения, у нас будет уже более 5 нм.