Ny ultrahurtig mikroprocessor-chip kommunikerer med lys

Ny ultrahurtig mikroprocessor-chip kommunikerer med lys

For første gang er det lykkedes i stor stil at integrere elektronik og fotonik på samme siliciumchip. Det baner vejen for ultrahurtig databehandling med lavt effektforbrug.

Kommunikation mellem processor og memory. Hver chip indeholder både elektroniske komponenter og forbindelser (lilla) og fotoniske (grå). En silicum optisk modulator omsætter elektronisk information til et optisk signal, som i den anden chip detekteres og omsættes til et elektrisk signal. Den optiske forbindelse kan øge transmissionshastigheden mellem de to chips og mindske strømforbruget i de enkelte chips. (Grafik: Nature)

Mindre, billigere og hurtigere. Sådan er mottoet inden for mikroprocessorer.

En amerikansk forskergruppe ledet af Vladimir Stojanovic fra University of California, Berkeley beskriver i en artikel i Nature, hvordan de med konventionelle metoder til fremstilling af silicium mikroprocessorer har lavet en chip med 70 millioner transistorer og 850 fotoniske komponenter.

Det er et stort fremskridt i forhold til tidligere chips, der kombinerer elektronik og fotonik, hvor det kun er lykkedes at inkludere et fåtal optiske komponenter.

Dermed har forskerne fremstillet en mikroprocessor med en indbygget optisk sender og modtager, der gør det muligt for processoren at kommunikere med andre chips via optiske fibre.

Meget lavt effektforbrug

Det fotoniske input/output-element bruger 1,3 picojoule pr. bit, svarende til et effektbehov på 1,3 watt for at sende 1 terabit pr. sekund.

Forskerne har testet kommunikationen ved en hastighed på 2,5 Gbit/s mellem to chips, der var placeret 10 meter fra hinanden.

Chen Sun, der er en af hovedforfatterne på den videnskabelige artikel, udtaler i en pressemeddelelse fra University of California, Berkeley, at med en optisk forbindelse kan man ved denne transmissionshastighed med samme effekt sende over flere kilometer. Det er ikke muligt med elektriske forbindelser.

Chen Sun, Vladimir Stojanovic og de øvrige forskere som bl.a. kommer fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og University of Colorado, skriver, at det baner vejen for en helt ny æra af kombinerede elektroniske og fotoniske systemer.

Close-up af den elektroniske-fotoniske mikroprocessor med en størrelse på 3 mm x 6 mm, som er fremstillet efter designreglerne for CMOS-komponenter i henhold til IBM's kommercielle 45 nm SOI-proces (12SOI). (Foto: Chen Sun)

Laurent Vivien fra Institut d’Electronique Fondamentale ved Universuité Paris-Sud ser store perspektiver i den måde, det er lykkedes for den amerikanske forskningsgruppe at kombinere elektronik og fotonik.

Han bemærker dog i en kommentar i Nature, at der stadig er et par udfordringer. Datahastigheden på 2,5 Gbit/s er relativt langsom i forhold til bedste fotoniske systemer, der findes i dag. Dernæst vil det også være ønskværdigt at anvende flere bølgelængder til kommunikation over fiberen.

Forskerne har i deres forsøgsopstilling anvendt en ekstern kilde med en bølgelængde på 1.183 nm.

I denne video på godt syv minutter præsenterer forskerne deres nye chip og viser, hvordan de har testet den i laboratoriet.

Kommentarer (5)

Der er et stykke op til 10GBit/s Ethernet over fiber, som rækker min 100meter.

Morderne grafikkort begynder at pakke RAM og GPU sammen i samme modul, her er hastighederne over 500GB/s.
Kan ikke forstille mig at optiske forbindelser kan følge med her, medmindre der bruges mange fibre parallelt mellem CPU og RAM.

Udskiftbare CPU´er kan desværre ikke bruge denne teknologi fuldt ud, da der skal forbindes fibre fysisk til CPUen, det samme gælder RAM.

  • 0
  • 5

Den hurtigste optiske interconnect, der findes i laboratorierne er på 255 Tbps eller omkring 32 TB/s for ét enkelt fiberkabel med 7 tråde over 1 km. Der er meget, meget langt op til grænsen for, hvad vi kan med fiber.

Udfordringen er at få endeterminalerne til at følge med.

  • 3
  • 1

Den optiske fiber kan øge båndbredden - men den tid det tager at transmittere oplysningerne, er omtrent den samme som for almindelig tråd. Det kan sammenlignes med en bred bus. I forhold til overhead i optiske komponenter, kan det ikke betale sig ved intern kommunikation. Det er mere optimalt, at føre flere ledninger parallelt. Gevinsten er størst over større afstande.

Ved kommunikation med eksterne komponenter er forsinkelsen et problem. Ønskes en pakke fra ram lageret, skal adressen opsættes i god tid. Ønskes tilgang til en tilfældig adresse i ram lageret, så er forsinkelsen fra index opsættes, og til data kan læses, den samme (eller endog langsommere) end ved traditionel hukommelse.

Når der tages hensyn til overhead i optiske komponenter kan diskuteres hvor stor gevinsten er. Og om der er gevinst.

  • 0
  • 1