Приветствуем наших читателей на страницах блога iCover ! Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере в сотрудничестве с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли и Массачусетского технологического института (MIT) разработали первый действующий прототип энергоэффективного однокристального электрооптического микропроцессора, два RISC-процессора которого Ядра -V взаимодействуют с памятью SRAM не через электрический интерфейс, а через оптический интерфейс.
Подробности о новой технологии, которая может открыть возможности для создания более быстрых и производительных вычислительных систем и сетевой инфраструктуры, опубликованы в журнале.
Природа 23 декабря 2015 г.
«Интегральные схемы, работающие на новых принципах, приведут к радикальным изменениям в вычислительных возможностях и архитектуре широкого спектра электронных устройств, от потребительских смартфонов до суперкомпьютеров в крупных центрах обработки данных», — сказал Милош Попович, доцент кафедры электротехники, компьютеров и энергетики.
.
Кандидат технических наук из Университета Колорадо в Боулдере и соавтор исследования, обосновавший теоретические принципы проектирования вместе с командой Раджива Рама, профессора электроники Массачусетского технологического института.
Скорость и объем данных, передаваемых электрически, физически ограничены такими параметрами, как пропускная способность и плотность мощности, что становится узким местом для полупроводниковых чипов во всех современных компьютерных системах.
Но эти ограничения можно снять, если использовать оптическую связь на основе электрооптического чипа, выполненного на монокристалле кремния.
При этом до недавнего времени реализовать такой тандем в рамках одного чипа было весьма проблематично из-за ограничений производственных возможностей, позволяющих объединять оптические и электрические устройства только в пределах простейших схем.
Группе ученых, анонсировавшей первый оптико-электронный чип, удалось преодолеть существующий барьер функциональности, предложив технологию, позволяющую интегрировать до 70 миллионов транзисторов и до 850 оптических компонентов ввода-вывода на основе однокристального чипа.
с функциями логики, памяти и соединительных элементов.
Чип производится на мощностях GlobalFoundries по технологии кремний-на-изоляторе (SOI).
Оптические волноводы создавались на тонком слое стекла в кремниевой заготовке.
Разница в показателях преломления стекла и кремния задерживает свет в волноводе.
Металл наносился на внутреннюю часть тороидального оптического компонента — кольцевого резонатора.
Там он не взаимодействует со светом, проходящим по внешней стороне бублика, но при подаче напряжения может изменять оптические свойства резонатора или регистрировать изменения светового сигнала, преобразуя оптическую информацию в электрическую форму.
Высокая чувствительность датчиков освещенности, построенных на кольцевых резонаторах, позволяет снизить затраты энергии на передачу бита информации до 1,3 пикоджоулей, что в 10 раз меньше, чем у полностью электрических чипов даже на самых коротких расстояниях.
Поэтому одним из ключевых преимуществ данного решения является значительное снижение энергопотребления.
«…Преимуществом нашей технологии является ее «компактность»: длина волны инфракрасного света составляет менее 1 микрона, что составляет 1/100 толщины человеческого волоса.
Это позволит создавать эффективные схемы сверхвысокой плотности, значительно увеличивая пропускную способность…» — уточнил Попович.
Предлагаемая технология поддерживает возможность взаимодействия с внешними компонентами единой внекристальной системы обмена данными без использования дополнительных оптических устройств.
Пример реализации однокристальной микросхемы с конусообразной оптической точкой доступа показан на рисунке ниже.
Фрагмент оптической системы передачи данных «рядом» с традиционными транзисторами и диодами
«Одним из преимуществ передачи данных на основе света является возможность передавать несколько параллельных потоков данных, закодированных с использованием света разных цветов (длин волн), одновременно по одному и тому же оптическому волокну на чипе или за его пределами, аналогично тому, как это происходит при организации интернет-каналов по оптоволоконному кабелю», — сказал Милош Попович.
В своем нынешнем исполнении прототип инновационного процессора поддерживает не слишком быстрый 45-нанометровый техпроцесс CMOS SOI, обеспечивая при этом плотность передачи данных 300 гигабит в секунду на квадратный миллиметр, что примерно в 10-50 раз больше, чем у микропроцессоров, представленных в современный рынок.
Заявленная пропускная способность каждого оптического канала составляет 2,5 Гбит/с.
Такие значения, по словам разработчиков, уже реализованы на базе текущего прототипа.
Размеры микросхем 3 – 6 мм создают возможность преодолеть противоречие между вычислительными потребностями больших интегральных схем нового поколения и возможностями интегрированных в них микросхем, сохраняя при этом все функциональные характеристики традиционной схемы на одном кристалле.
«Наша разработка — это первый процессор, который использует свет для связи с внешним миром», — говорит Владимир Стоянович, доцент кафедры электротехники и информатики Калифорнийского университета в Беркли и руководитель группы соавторов изобретения.
По мнению исследователей, новая технология, объединяющая оптические и электронные схемы на одном чипе, может быть естественным образом интегрирована в существующие производственные процессы и быстро масштабирована до крупномасштабного коммерческого производства с минимальными затратами.
«Мы описали и экспериментально доказали, что можно использовать одни и те же материалы и процессы для создания схем, объединяющих оптические и электрические устройства на одном кристалле», — сказал Марк Уэйд, представитель команды Университета Колорадо и один из соавторов.
-авторы изобретения.
«Это позволит нам разработать сложные электрооптические системы, способные решить так называемую «проблему узкого места», возникающую сегодня при передаче больших объемов данных.
Для дальнейшего успешного развития проекта команда создала два стартапа с разными организационными задачами.
SiFive реализует открытую архитектуру RISC-V, используемую в экспериментальном чипе, а Ayar Labs концентрируется на технологиях фотонных соединений.
Чип, созданный в нашей лаборатории, согласно официальному сообщению проекта на сайте Nature, может быть изготовлен с использованием стандартного производственного процесса, используемого для изготовления существующих микропроцессоров.
Это открывает огромные перспективы для «электронно-оптической чипизации» перспективных вычислительных систем с новыми возможностями, построенных на новой архитектуре.
Поддержку в разработке оказало известное агентство DAPRA. Источники: Веб-сайт Университета Колорадо в Боулдере Природа
Дорогие читатели, мы всегда рады встрече и ждем вас на страницах нашего блога.
Мы готовы и дальше делиться с вами последними новостями, обзорными статьями и другими публикациями и постараемся сделать все возможное, чтобы время, проведенное с нами, было для вас полезным.
И, конечно, не забудьте подписаться на наши разделы .
Другие наши статьи и мероприятия
- Подборка новогодних подарков до 2016 рублей от iCover
- Купите iMac или Macbook и выиграйте гарнитуру
- Обзор портативного аудиоплеера Cowon Plenue M: все дело в звуке
- Один производитель – разные судьбы: внешний HDD LaCie P’9220 1 ТБ и Rugged Triple 2 ТБ
- Умная уборка с iRobot + подарки
- Ээксклюзивные записи от iCover и Warner Music
- Скидка 20% на футуризм и классику.
-
Птерозавры
19 Oct, 24 -
Колония. Глава 25: Ночь Снаружи
19 Oct, 24 -
Электрический Велосипед Своими Руками
19 Oct, 24
