Интегрированная фотоника может решить проблемы мощности и скорости массивных данных

Поскольку объем данных увеличивается на 70% каждый год, дизайнеры все чаще сталкиваются с проблемами, связанными с мощностью и скоростью. Исследователи и стартапы ищут ответ на вопрос интегрированной фотоники.

Аналитики прогнозируют, что при увеличении объема данных на 70% в год по сравнению с прошлым годом, через несколько лет у центров обработки данных может не хватить электроэнергии для поддержки всех операций хранения и передачи данных.

Это неустойчивый показатель; это также подчеркивает растущий спрос на использование данных. По мнению Технологического университета Эйндховена, решение этой ужасающей реальности - это интегрированная фотоника.

Фотоника открывает путь для вычислений

В прошлом году на конференции IEEE профессор Майнт К. Смит из Технологического университета Эйндховена прочитал лекцию об интеграции электроники и фотоники.

Смит указывает, что основные этапы развития фотонных технологий отстают от электронных технологий примерно на двадцать-тридцать лет. Кроме того, ожидается, что количество фотонных компонентов на интеграцию чипа превысит 100000 элементов где-то после 2030 года, но, вероятно, никогда не достигнет миллионов на чип, которые мы наблюдаем с современными транзисторами.

Оптический усилитель аналогичен проверенному транзистору и является одним из наиболее важных строительных блоков оптической системы наряду с фазовым модулятором (резистором), преобразователем поляризации (конденсатором) и волноводом (электрическими проводами).

Оптика - это зарождающаяся отрасль, и, по словам выпускника доктора Блаватника Михала Липсона, за последние 15 лет в ней произошли коренные изменения. В 2019 году в Нью-Йоркской академии наук она рассказала о том, как оптические системы преодолевают один из наиболее технологически ограничивающих факторов электронных технологий: энергопотребление.

Липсон рассказал о том, как корпорации размещают свои центры обработки данных в местах с одинаково холодным климатом или даже заходят так далеко, что закапывают их в океан, чтобы эффективно охлаждать. Она говорит: «Мы можем связать микроэлектронные компоненты с процессорами, процессоры с памятью, используя свет. . . и то и это не сжигает никакой энергии ».

Ayar Labs стремится интегрировать фотонику в процессоры

За последние пять лет университеты и начинающие компании были основной движущей силой исследований в области оптических разработок.

На прошлой неделе американский стартап Ayar Labs объявил, что он успешно получил финансирование серии B в размере 35 миллионов долларов с множеством инвесторов, включая Downing Ventures и BlueSky Capital, для разработки технологии оптических межсоединений (OIO).

Этот путь начался для Ayar Labs в 2015 году, когда исследователь Чен Сун стал соавтором статьи, в которой подробно описывалось, как связать электронный микропроцессор с оптическим процессором в микросхеме размером 3 мм x 6 мм. Чип, изготовленный в литейном производстве, включает 70 миллионов транзисторов и 850 фотонных компонентов.

Эта разработка стала крупным прорывом в 2015 году - возможно, первой в своем роде, по мнению исследователей из Беркли.

«Это важный этап. Это первый процессор, который может использовать свет для связи с внешним миром », - сказал Владимир Стоянович, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли, который руководил разработкой этого чипа. «Ни один другой процессор не имеет фотонного ввода-вывода в микросхеме».

Технология OIO: больше пропускной способности, меньше энергии и задержки

Техническое описание, подготовленное Ayar Labs в 2019 году, предлагает конкретные подробности о потенциале ввода-вывода гибридного процессора:

Потребляет менее 5 пикоджоулей на бит мощности (менее половины современных SerDes при 112 Гбит / с)

Увеличивает задержку в десять раз

Увеличивает пропускную способность до 100 Тбит / с в долгосрочной перспективе, сверх того, что возможно для электрических межсоединений

Похоже, что исследователи, стартапы и крупные корпорации находятся на пороге серьезной встряски в технологии межсоединений процессоров. Гибридные процессоры, основанные на фотонике, решают две основные проблемы, с которыми сталкивается промышленность электронных полупроводников: узкие места в мощности и скорости.

С 2015 года Ayar Labs стремится предложить решения этих насущных проблем. В 2020 году исследования во всем мире ускоряются, подогревая рынок для охлаждения технологий.

Вы работаете с фотонными технологиями? Какие препятствия вы предвидите при интеграции оптических технологий в традиционные электронные микросхемы? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже.