IBM začne vyrábět čipy s levným optickým propojením

Karel Javůrek  |  Technika

Optické technologie postupně nahradí zastaralé elektrické spojení, ať už jde o sítě nebo čipy. IBM již pokročila s optickým propojením čipů do výroby.

Optickým čipům a mezifázi v podobě optických spojení mezi jednotlivými čipy jsme na VTM.cz věnovali několik článků. V současné době zatím nelze očekávat okamžitý přechod na plně optické čipy s optickým propojením. Vše ještě není zcela připraveno a hlavně ještě nejsou využity limity pro stávající generaci.

V mezidobí nás ale čeká postupné nasazování optických technologií, které poskytují maximální možnou propustnost i velmi snadné škálování.

Silicon nanophotonics – fotony místo elektronů

IBM tento týden zveřejnila zprávu s poměrně důležitým milníkem. Podařilo se jí dostat optickou technologii pro propojení čipů z laboratoře do reálné výroby. To je jen krůček k nasazení v sériové výrobě, implementaci v různých řešeních a produktech a samozřejmě masivnímu rozšíření.

Zatímco pro propojení serverů se v datacentrech a dalších větších řešeních optické spojení už běžně používá, v případě samotných čipů na základní desce jde stále o měděné spojení, které má svá omezení a problémy.

Snímek části čipu od IBM, který kombinuje optické spojení (modře) a měděné elektrické spojení (žlutě). Vše na jednom čipu. (Zdroj: IBM)
Snímek části čipu od IBM, který kombinuje optické spojení (modře) a měděné elektrické spojení (žlutě). Vše na jednom čipu. Zdroj: IBM

Nutnost vyšší propustnosti mezi čipy je stále důležitější a toto spojení je tak prvním kandidátem na to, aby bylo nahrazeno optickou technologií. Technologie, které dokážou převádět elektrický signál na optický a naopak jsou už samozřejmě dávno k dispozici, jejich cena je však vysoká.

IBM se podařilo vyrobit různé optické komponenty spojené s těmi elektrickými klasickou 90nm technologií. Stejnou, jakou se v současných továrnách běžně vyrábí čipy CMOS.

Propustnost v řádu terabajtů za sekundu

Řešení od IBM je nejen levné a relativně jednoduché na výrobu, ale má i obrovské možnosti jak dostat výkon počítačů všeho druhu na další úroveň. Mnohem dříve, než by to bylo možné s použitím metalických spojení.

Jeden transceiver na bázi technologie IBM nanophotonics, který dokáže převádět optický signál na elektrický a naopak, zvládne dle IBM propustnost kolem 25 Gb/s. To je sice velmi slušná rychlost, ale hlavní výhodou je, že je možné na jeden křemíkový čip umístit několik takový přijímačů a vysílačů. Tím se pak dá poměrně snadno dosáhnout na propustnosti v řádu terabajtů za sekundu.

Takové spojení mezi výpočetním procesorem, operační pamětí a dalšími komponenty v rámci jednoho počítače by dokázalo vyřešit různé problémy s úzkým hrdlem při velkém objemu dat, na který lze v poslední době narážet třeba i v mobilních zařízeních.

Typickým příkladem za všechny je například vysoké rozlišení displeje a propustnost operačních pamětí a dalších komponent. Větší rozlišení znamená větší datový tok, který je nutné zpracovat a přesunout mezi jednotlivými částmi počítače. A vše pokud možno co nejrychleji.

IBM Silicon Nanophotonics a čip obsahující optické i elektrické části. Spojení s ostatními čipy je optické s propustností přes jeden transceiver kolem 25 Gb/s.
IBM Silicon Nanophotonics a čip obsahující optické i elektrické části. Spojení s ostatními čipy je optické s propustností přes jeden transceiver kolem 25 Gb/s. Zdroj: IBM

Nejdříve externí spojení, poté i vnitřní

Jednotlivé specializované čipy tak budou samostatnými jednotkami, které budou externě opticky propojeny s dalšími komponentami. Uvnitř samotných čipů se stále pracuje s elektrony, časem se ale i vnitřní propojení a komunikace částí čipu promění na optickou. Prvním stupněm přechodu je ale optická komunikace mezi většími bloky, kterými jsou právě celé čipy.

Výhodou optického spojení je i nejnižší možná odezva na danou vzdálenost. V případě větších vzdáleností už sice začíná být problém s limitem rychlosti světla, ale s integrací jednotlivých části počítače stále blíže k sobě lze tento problém alespoň částečně řešit. Místo zvětšování plochy čipu se také počítá s trojrozměrným rozdělením, tedy několika vrstvami, kdy každá vrstva může mít i jiné formy a specializace, přičemž spojení je stále co možná nejkratší.

Nutnost nejen pro další generaci superpočítačů

Technologie s desetiletým vývojem ještě není použitá v žádném dostupném řešení. Její nasazení se objeví nejdříve v tom nejnáročnějším segmentu, který zahrnuje výkonné servery, datacentra a pochopitelně i superpočítače.

IBM plánuje do roku 2018 překročit hranici výkonu 1 EFLOPS v rámci jednoho superpočítače. Optické spojení čipů je jednou z oblastí, která by měla tento cíl umožnit snadno splnit a v budoucnu ještě snadněji překonat.

Podívejme se na všechny vrstvy forem pokročilé hmoty. Všude jsou zásadní propojené bloky, mezi kterými dochází k přenosu informací. Na každé vrstvě je nutné optimalizovat přenos informace pro co nejrychlejší spojení, ať už se jedná o vnitřní uspořádání čipu a jeho částí, jednotlivé čipy či jednotlivé počítače jako větší celky.

Stejný systém platí i v rámci celého mozku, jednotlivých organismů nebo i vesmíru. Ale o tom by už byl zase jiný článek.

Přečtěte si také:

Nejčtenější