Служба новостей IDG, Париж

Оригинальная оптическая технология позволит передавать данные между компонентами персонального компьютера со скоростью, превышающей скорость их обработки

Исследователи из корпорации Intel и Университета штата Калифорния в Санта-Барбаре нашли способ изготавливать недорогие «лазерные микросхемы», которые в конечном итоге могут обеспечить гораздо более высокую скорость передачи данных внутри персонального компьютера по сравнению с сегодняшними медными межсоединениями.

Для этого был использован фосфид индия, который излучает свет под напряжением, и кремний, позволяющий усилить луч и периодически включать и отключать его в соответствии со значением передаваемого бита.

Из двух слоев этих материалов изготовлено устройство, которое можно выпускать по стандартным технологиям изготовления микросхем.

Полученные результаты имеют очень большое значение. С их помощью можно разработать технологии организации межсоединений, которые обеспечат перенос данных между различными компонентами ПК и серверов со скоростью, превышающей скорость обработки данных центральным процессором.

«Внутри корпусов компьютеров будущего появятся недорогие оптические каналы передачи данных с терабитной пропускной способностью. Это положит начало новой эпохе высокопроизводительных приложений вычислительных систем», — отметил директор лаборатории Intel Photonics Technology Lab Марио Паниччиа.

Коммерческое использование новой технологии начнется не раньше чем через несколько лет, но в конечном итоге исследователи рассчитывают добиться размещения в одной микросхеме десятков или даже сотен лазеров.

Фосфид индия уже достаточно широко применяется в волоконно-оптических сетях, но стоимость сборки и наладки лазеров оказывается слишком высока для их широкомасштабного применения в персональных компьютерах.

С другой стороны, кремний способен усиливать сигнал и осуществлять управление световым лучом, но сам по себе не является эффективным генератором светового потока.

Для построения кремниевого лазера на поверхности материалов создается тонкий оксидный слой толщиной приблизительно в 25 атомов. Затем оксидный слой нагревается, и материалы соединяются под давлением, образуя единую микросхему с прослойкой из «стеклянного» клея между ними. Если к устройству приложить напряжение, фосфид индия начинает излучать свет, который проходит через стыковочный слой и в дальнейшем управляется кремнием

Исследователи нашли способ создания композитного материала и построения «гибридного кремниевого лазера», выпуск которого можно наладить на базе стандартных производственных технологий Intel, что позволит сохранить себестоимость на относительно низком уровне.

Для построения кремниевого лазера на поверхности материалов создается тонкий оксидный слой толщиной приблизительно в 25 атомов. Затем оксидный слой нагревается, и материалы соединяются под давлением, образуя единую микросхему с прослойкой из «стеклянного» клея между ними. Если к устройству приложить напряжение, фосфид индия начинает излучать свет, который проходит через стыковочный слой и в дальнейшем управляется кремнием.

Луч лазера позволяет пересылать данные между компонентами компьютера с очень высокой скоростью. Передачу информации можно осуществлять с помощью «кремниевого оптического модулятора», который включает и выключает лазерный луч со сверхвысокой частотой, генерируя таким образом единицы и нули компьютерного кода.

Корпорация Intel уже продемонстрировала кремниевый модулятор, который способен пересылать данные со скоростью 10 Гбит/с. По мнению исследователей, отсутствие технологии изготовления гибридного лазера являлось последним серьезным барьером на пути широкомасштабного использования кремниевых оптических устройств в компьютерах и центрах обработки данных.

«Создание такой технологии приобрело еще большую актуальность после появления процессоров с несколькими ядрами, — подчеркнул Паниччиа. — Сегодня в процессоре размещается два или четыре ядра, но уже в ближайшей перспективе их число будет измеряться десятками и даже сотнями.

Рост вычислительной мощности, характеризуемый приставкой «тера», требует и терабитных скоростей передачи информации внутри серверов и между ними. Процессоры должны своевременно получать необходимые им данные, а сделать это с помощью медных проводников очень сложно».

Пересылка большей части данных на расстояние, превышающее 100 метров, осуществляется сегодня с помощью оптического кабеля, но высокая стоимость лазерных устройств пока не позволяет использовать соответствующие технологии на коротких расстояниях. Поэтому в пределах одного помещения или материнской платы по-прежнему правит бал медный кабель.

«Сегодня мы работаем над интеграцией кремниевых материалов и оптических технологий, что позволит нам добиться существенной экономии при организации оптической связи, — отметил Паниччиа. — Это можно сравнить с прорывом, который был совершен в момент перехода от вакуумных ламп к первой планарной интегральной схеме. Перед нами открывается возможность создания устройств, стоимость и размеры которых будут находиться на недостижимом ранее уровне».

Когда инженерам удастся построить недорогие высокопроизводительные оптические каналы связи, появятся условия для проектирования совершенно новых компьютерных решений — например, удаленной памяти, позволяющей хранить данные на расстоянии до 60 см от процессора, тогда как в соответствии с нынешним стандартом оно не должно превышать 15 см. Архитектура подобного рода радикально изменит требования, предъявляемые к охлаждению и габаритам компьютерных устройств.

На следующем этапе исследователям предстоит заняться поиском более простых способов организации производства гибридного кремниевого лазера с электрическим приводом, а затем и интеграцией его в рамках единого кристалла со стандартным компьютерным процессором.

Когда эта цель будет достигнута, двоичные данные можно будет передавать с помощью потока электронов, затем протонов и т. д. Темпы роста скорости и эффективности в этом случае будут поистине впечатляющими. 

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями