Fotonbusserne er for alvor på vej ind i supercomputere og avancerede prototyper med mange processorer. En teknologisk udvikling, som – hvis den følger de normale spilleregler – smitter af på de dyre servere først og senere på almindelige pc'er, når masseproduktionen har gjort teknologien billig.

Det fælles problem for alle computere er, at cpu'er generelt spilder det meste af tiden med at vente på data. Det sker på grund af de medfødte flaskehalse, der findes i alle computersystemer, fordi processorerne har udviklet sig meget hurtigere end dataforbindelserne.

Det danske firma Iptronics har succes med udvikling og salg af lyslederkoblinger til kortdistance-lyskommunikation mellem mange CPU-kort. Det er altså til lysende signalering i en supercomputer – til erstatning for den meget energikrævende elektroniske kommunikation.

Firmaets eksisterende 12,5 Gbit/s 4-kanals kommunikationschip bliver snart erstattet af en 12-kanals udgave, og den kan altså forbinde 12 hurtige CPU-boards med glasledninger. De første prøveeksemplarer er netop nu på vej ud til udvalgte kunder.

Fart over feltet
Til sammenligning er båndbredden til PCI-express-grafikkortet på en ny Mac Pro på cirka 2 Gbit/s. Det er forholdsvis hurtigt for en pc. Men det er altså også internt i computeren, ikke ekstern kommunikation som de førnævnte datakoblinger fra Iptronics.

Jo tættere, man kommer på CPU'en, jo større bliver hastigheden generelt. Mest fart over feltet er der på selve CPU-chippen mellem processorkernen og de første cache-hukommelser. Derpå falder farten hurtigt fra cache til RAM og fra RAM til eksterne enheder såsom netværk, harddiske eller andre CPU-kort. Altså i retning fra intern til ekstern kommunikation.

Udviklingen inden for lyslederkommunikation er på vej i den modsatte retning, altså fra ekstern til intern kommunikation.

Naturlovene bestemmer, at hurtig datakommunikation over elektriske ledninger bliver vanskelig og energikrævende, jo større afstanden er, og derfor har fordelen ved lysledere været størst ved store afstande. Det var f.eks. i den niche, det berømte danske firma Giga var specialist, da det blev solgt til Intel for ti milliarder kroner.

Men fra at dominere datavejene mellem nationale og internationale datacentre rykker de optiske ledninger altså nu tættere og tættere ind i nærområdet, tættere på CPU'erne.

Iptronics' koblinger fra CPU-board til CPU-board er kun et skridt på vejen. Og kikkerten er rettet mod den interne kommunikation i computeren og senere internt på CPU-chippen, som også med fordel kan udskiftes med lys, efterhånden som hastighedskravene stiger.

»Det svære er at få silicium til at lyse, for det er silicium ikke velegnet til. Der er flere måder at løse det problem på. Dels kan man dotere forskellige stoffer ind i materialet, hvis man vil have en monolitisk chipløsning, dels kan man lave en hybridløsning med flere chips, der bygges sammen,« siger Iptronics direktør Niels Finseth.

Nye metoder skal afprøves
Den problemstilling er der også andre, der har kig på. I marts offentliggjorde IBM f.eks. en fotonisk switch, beregnet på chip-til-chip-kommunikation. Men det er stadig en laboratoriemodel, som ikke er produktionsmoden. Den er i stand til at transmittere op til 1 terabit, fordelt på ni kanaler med 40 Gbit i hver. Switchen er ganske lille, kun 40 x 12 mikrometer.

I den boldgade er der flere konkurrenter. University of St. Andrews i Skotland har for eksempel demonstreret en optisk switch, som ligeledes er tyndere end et menneskehår. Det fremgår dog ikke af det oplyste, hvor hurtig den er.

Og CPU-fabrikanten Sun har for nylig fået 200 millioner kr. af det amerikanske regeringsorgan Darpa til udviklingen af en chip-til -hip-lyskobling inden slutningen af 2011. Det sker under det såkaldte UNIC-program (Ultraperformance Nano­photonic Intrachip Communication).

Suns version skal gøre det muligt at koble mange billige CPU'er sammen til en virtuel makrochip med supercomputer-ydelse. Målet er foreløbig 10.000 milliarder regneoperationer per sekund ifølge forskningsleder Jag Shah, Darpa Microsystems Technology Office, som er blevet interviewet af magasinet Defensesystems.com.

Sun vil udvikle lyskommunikationen i forbindelse med en anden hurtig teknologi, Proximity Communication, som går ud på at anbringe specielt udviklede chips så tæt på hinanden, at de kan udveksle data vha. små kapacitive ladninger.

Afhængig af temperaturen
Kreativiteten er stor, og ingen ved endnu helt, hvordan den allerbedste kombination af teknologier vil udforme sig. Hvis man leder på nettet efter optiske switche, finder man adskillige patenter, som angiver måder, hvorpå chips kan kommunikere indbyrdes med lysglimt.

Et af dem foreslår f.eks., at en kreds af CPU'er bruger en fælles skærm, hvorpå de i hvert sit afgrænsede område med en laserdiode projicerer ettaller og nuller som lys og mørke. Alle CPU'er skal dermed have lysfølsomme dioder vendt mod samme skærm, så de kan aflæse hinandens signaler.

En af de vanskelige ting ved optisk switching on chip er, at nogle bølgeledere er afhængige af temperaturen, og temperaturen i en processorchip kan svinge meget alt efter belastningen. Men det problem har IBM tilsyneladende løst i sin prototype.

Et andet amerikansk firma, Lightwire, er måske tæt på at levere et skridt på vejen. Firmaet har ifølge magasinet Supercomputingonline solgt en siliciumproces, beskyttet af 120 patenter, til Singapore CMOS-fabrikken Chartered. Det medfører, at masseproduktion af 10 Gbit fotoniske CMOS-switche skulle blive klar i løbet af 2008.

Kun få konkurrenter
Trods konkurrencen ser direktør Niels Finseth, Iptronics, positivt på fremtiden. Konkurrenterne er få.

»Vores vigtigste marked lige nu er supercomputere. Men salget er på vej over i serversegmentet, som mængdemæssigt er meget større. Vi forventer, at markedet eksploderer omkring 2012,« siger han og gør opmærksom på, at infiniband-standarden udmærket kan sendes gennem Iptronics' lyskoblinger.

Derpå kommer forbrugersegmentet. Niels Finseth fortæller, at de første fabrikanter fra denne sektor allerede har henvendt sig for at få priser og indsigt i teknikken.

»Nogle forbrugerprodukter er meget hurtigt i gang med ny teknologi. Tænk på Playstation3. Det er et meget avanceret produkt, som teknologisk er foran den øvrige computerbranche i forbruger-segmentet.«