Разделы

Техника

Впервые в истории создан фотонный процессор, готовый к запуску в серию

Американские исследователи создали первый в истории процессор, который обменивается данными с другими компонентами вычислительной системы при помощи света. Чип был создан на базе существующего оборудования с применением традиционных материалов. Авторы работы считают, что нет никаких препятствий для освоения промышленных объемов выпуска нового изделия. 

Первый процессор среди себе подобных

Исследователи из Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Беркли и Университета Колорадо в Боулдере (США) разработали процессор, который обменивается данными с другими компонентами вычислительной системы с помощью света, а не электронов. 

Чип размером 3 x 6 мм содержит два стандартных вычислительных ядра с более 70 млн транзисторами и 850 элементов для передачи света. Он базируется на архитектуре RISC-V и был изготовлен с применением таких традиционных в микроэлектронике материалов, как кремний и германий, на заводе, на котором осуществляется серийный выпуск современных микросхем. 

«Это первый процессор, использующий фотоны для связи с внешним миром. Ни один другой чип в мире не обладает фотонной системой ввода/вывода», — прокомментировал руководитель проекта Владимир Стоянович (Vladimir Stojanovic), доцент кафедры электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли. 

«Впервые в истории мы смогли создать систему подобного масштаба и впервые запустить на ней полезную нагрузку», — добавил Милос Попович (Milos Popovic), член команды разработчиков нового чипа из Университета Колорадо

Преимущества фотонной системы

По сравнению с традиционными токопроводниками оптоволоконные каналы предлагают более высокую пропускную способность, позволяя передавать больше данных на более высоких скоростях, на большие дистанции и с меньшими потерями. Однако несмотря на то, что фотоника предлагает очевидные преимущества вычислительным системам, практические внедрение ее принципов — мероприятие довольно сложное.


Созданный исследователями чип с фотонной системой ввода/вывода: слева - оптические световоды, справа внизу - два стандартных вычислительных ядра, вверху - память

Дело в том, что до сих пор никто не мог добиться интеграции оптических компонентов в сложные и дорогостоящие отлаженные производственные процессы, служащие для выпуска современных компьютерных чипов, без их кардинального изменения. 

Перспективность нового процессора

Что такое геокластер и чем он может быть полезен владельцам бизнеса
Бизнес

Исследователи проверили работоспособность созданного ими чипа со световой коммутацией, «прогнав» через него ряд компьютерных программ, заставляющих процессор выполнять вычислительные операции, принимать и отсылать данные в оперативную память через оптоволоконное соединение.

В ходе эксперимента исследователи установили, что процессор способен обеспечивать скорость передачи данных 300 гигабит в секунду на квадратный миллиметр, что в 10-50 раз выше по сравнению с современными коммерческими процессорами, которые взаимодействуют с другими компонентами вычислительной системы по металлическим проводникам. 

Процессор с фотонной системой ввода/вывода выгодно отличился и в плане энергопотребления, которое составило всего 1,3 пикоджоулей в расчете на один бит переданной информации, что эквивалентно 1,3 ватта в расчете на передачу 1 терабита данных в секунду. В экспериментальных условиях передача данных осуществлялась на расстоянии 10 метров. 

Новая эра на рынке дата-центров

Что нужно знать при выборе ВКС
Рынок видеоконференцсвязи 2021

Работа исследователей открывает двери в новую эру приложений с интенсивной передачей данных. Ближайшей сферой применения процессоров с фотонной коммуникацией являются дата-центры, в которых существует проблема возрастающего энергопотребления. По данным Национального совета США по охране природных ресурсов, в 2013 г. на дата-центры в США пришлось около 91 млрд киловатт-часов энергопотребления, что составило около 2% от общего энергопотребления в стране. Процессоры нового типа помогли бы решить проблему возрастающего энергопотребления дата-центров.

Производство без существенной модернизации

Исследователи рассчитывают, что чипы, в которых оптические компоненты объединены с электрическими цепями, можно будет выпускать в промышленных масштабах на существующих полупроводниковых заводах без существенной модернизации производственного оборудования. 

На базе исследования уже создано два стартапа. Первый стартап — SiFive — занимается коммерциализацией процессоров с архитектурой RISC-V, второй — Ayar Labs — сфокусировался на разработке фотонных систем ввода/вывода. Ранее в 2015 г. стартап Ayar Labs (его предыдущее название OptiBit) получил награду Массачусетского технологического института

Сергей Попсулин

Подписаться на новости Короткая ссылка