Fujitsu vyrobilo optické spojení pro křemíkové CPU

Karel Javůrek  |  Technika

Do roku 2020 musíme dostat výkon superpočítačů na hranici exaFLOPS. Toho jde dosáhnout jen optickým spojením všech důležitých částí.

Superpočítače a potřebu stále většího výpočetního výkonu jsme podrobně rozebírali v několika článcích. Složitost počítačů, a tím i spojený výkon, se takřka s přesností přibližně každé dva roky zdvojnásobuje. Kolem roku 2020 bychom tak v případě jediného superpočítače měli překonat hranici exaFLOPS (exa = 1018, tedy trilion).

I tentokrát ale při vývoji technologií narážíme na problémy, které je potřeba řešit. Jedním z velkých omezení je využívání metalického spojení počítačových komponent, které začíná být vzhledem k propustnosti nedostatečné.

Řešením by bylo využít světelné čipy pracující pouze s fotony; včetně přenosu dat mezi dalšími částmi počítače. To je však vzdálenější budoucnost, na kterou nelze okamžitě přeskočit. Společnosti Fujitsu se ale podařilo úspěšně vyrobit hybridní řešení.

Fotony nerady tepelné fluktuace

Současné křemíkové procesory pracují s elektrickou energií. Jejich efektivita ale není dokonalá, takže vznikají velké ztráty v podobě přeměny na teplo. Velmi rychle kmitající atomy nejsou ideálním místem pro pohodový průlet světla; alespoň pokud nechceme, aby došlo k porušení nebo zkreslení signálu už na vzdálenosti několika milimetrů.

Tepelné fluktuace jsou jedním z důvodů, proč nebylo jednoduché umístit vysílač a přijímač fotonů v blízkosti zahřátého procesoru. Již dříve se podařilo objevit řešení v podobě tepelného kontrolního mechanismu na straně vysílače i optického modulátoru. Tato technologie je ale významnou překážkou pro vývoj menších a úspornějších optických přijímačů a vysílačů na jednom kusu křemíku s procesorem.

Fujitsu je špičkou v oboru

Fujitsu není jen výrobce levných videopřehrávačů nebo notebooků, ale věnuje se výzkumu v mnoha oblastech pokročilých technologií, které zahrnují i procesory.

Nedávno Fujitsu dodal nejvýkonnější superpočítač na světě – K. Je postaven především na firemních SPARC64 VIIIFx, přičemž celkový výkon ke konci minulého roku překonal magickou hranici 10 PFLOPS. O prvenství sice tento superpočítač po několika měsících přišel, ale i tak se jedná o skvělou ukázku toho, co Fujitsu dokáže.

Optický čip i procesor na jednom kusu křemíku

Právě Fujitsu se podařilo vyřešit problém s implementací optického vysílače a přijímače na jeden kus křemíku, který může být umístěn do procesoru. Zatím se sice jedná o prototyp, ale nevyžaduje zmíněný teplotní kontrolní mechanismus, takže je už v této fázi o polovinu menší a spotřeba energií dvakrát nižší.

Ukázka kombinace procesoru a optického přijímače/vysílače s vysokou komunikační propustností. Zdroj: Fujitsu
Ukázka kombinace procesoru a optického přijímače/vysílače s vysokou komunikační propustností. Zdroj: Fujitsu

Při testech se s novou konstrukcí podařilo dosáhnout rychlosti modulace signálu až 10 Gb/s, a to stabilně při teplotách v rozmezí 25 až 60 stupňů Celsia.

Prototyp vysílače spojuje světelný zdroj s optickým modulátorem. Zdroj: Fujitsu
Prototyp vysílače spojuje světelný zdroj s optickým modulátorem. Zdroj: Fujitsu

Komponenty jsou propojené opticky

Metalické spoje na základních deskách přestávají dostačovat, řešení v podobě optického spojení tak umožňuje vyřešit problém přenosu dat i na kratší vzdálenosti v rámci jednotlivých částí a komponent počítače.

Síťová infrastruktura superpočítačů běžně počítá s optickými přenosy mezi jednotlivými bloky tvořící skupinu serverů. Nyní ale optická technologie míří i k jednotlivým procesorům, které mohou být na základní desce spojeny optickou cestou s obrovskou propustností. Do budoucna ji navíc bude možné snadno zvyšovat.

S teplotou čipu se mění pracovní vlnové pásmo optického modulátoru. Zdroj: Fujitsu
S teplotou čipu se mění pracovní vlnové pásmo optického modulátoru. Zdroj: Fujitsu

Hybridní mezifáze umožní stavbu ještě výkonnějších superpočítačů a za několik let se těchto technologií jistě dočkáme i u domácích počítačů. A pak už nebude nic bránit postupnému přechodu k plně světelným – optickým – počítačům.

Přečtěte si také k tomuto tématu:

Nejčtenější