Le premier prototype fonctionnel d'un processeur électron-optique monopuce a été créé
Bienvenue à nos lecteurs sur les pages du blog iCover ! Des chercheurs de l'Université du Colorado à Boulder, en collaboration avec des collègues de l'Université de Californie, de Berkeley et du Massachusetts Institute of Technology (MIT), ont développé le premier prototype opérationnel d'un microprocesseur électronique-optique monopuce écoénergétique, dont les deux cœurs dont RISC-V échange des données avec la mémoire SRAM ne fonctionne pas sur l'électrique, mais sur l'interface optique.
Des informations détaillées sur la nouvelle technologie, qui ouvriront les possibilités de créer des systèmes informatiques et des infrastructures de réseau plus rapides et plus efficaces, ont été publiées dans la revue Nature le 23 décembre 2015.«Les circuits intégrés fonctionnant selon de nouveaux principes peuvent entraîner des changements radicaux dans les capacités informatiques et l'architecture d'une large gamme d'appareils électroniques, des smartphones des utilisateurs aux superordinateurs dans les grands centres de données», a expliqué Milos Popovic, professeur agrégé au Département de génie électrique, informatique et énergétique. Ingénierie de l'Université du Colorado Willow Rama, professeur d'électronique à la Massachusetts University of Technology.La vitesse et la quantité de données transmises électriquement sont physiquement limitées par des paramètres tels que la bande passante et la densité de puissance, qui deviennent un goulot d'étranglement pour les microcircuits semi-conducteurs de tous les systèmes informatiques modernes. Mais ces restrictions peuvent être levées en utilisant des communications optiques basées sur une puce électronique-optique réalisée sur un seul cristal de silicium. Dans le même temps, jusqu'à récemment, un tel tandem au sein d'une puce monopuce était très difficile à mettre en œuvre, en raison des limitations des capacités de production qui ne permettaient de combiner des dispositifs optiques et électriques que dans les schémas les plus simples.
Un groupe de scientifiques qui a annoncé la première puce optoélectronique a réussi à surmonter la barrière de fonctionnalité existante en proposant une technologie qui permet d'intégrer jusqu'à 70 millions de transistors et jusqu'à 850 composants optiques d'entrée / sortie avec les fonctions de logique, de mémoire et d'éléments de connexion. La puce est fabriquée dans les installations de GlobalFoundries, en utilisant la technologie du "silicium sur l'isolant" (SOI). Des guides d'ondes optiques ont été créés sur une fine couche de verre dans une préforme en silicium. La différence des indices de réfraction du verre et du silicium retient la lumière dans le guide d'onde. Le métal a été déposé à l'intérieur du composant optique toroïdal - un résonateur en anneau. Là, il n'interagit pas avec la lumière qui passe le long de l'extérieur du beignet, mais, quand une tension est appliquée, il peut changer les propriétés optiques du résonateur,ou enregistrer des changements dans le signal lumineux, convertissant les informations optiques sous forme électrique.La haute sensibilité des capteurs de lumière construits sur des résonateurs en anneau permet de réduire le coût énergétique de transmission d'un bit d'information à 1,3 picojoules, ce qui est 10 fois moins que celui des puces entièrement électriques même sur les distances les plus courtes. Par conséquent, l'un des principaux avantages de cette solution est une réduction significative de la consommation d'énergie. "... L'avantage de notre technologie est sa compacité: la longueur d'onde de la lumière infrarouge est inférieure à 1 micron, ce qui représente 1/100 de l'épaisseur d'un cheveu humain. Cela nous permettra de créer des circuits ultra-haute densité efficaces, augmentant à plusieurs reprises le débit ..." - a déclaré Popovich.La technologie proposée prend en charge la capacité de communiquer avec les composants externes d'un seul système d'échange de données à l'extérieur de la puce sans utiliser de dispositifs optiques supplémentaires. Un exemple de mise en œuvre d'une puce à puce unique avec un point d'accès en forme de cône optique est illustré dans la figure ci-dessous.
Fragment d'un système de transmission optique de données «dans le voisinage» avec des transistors et des diodes traditionnels«L'un des avantages de la transmission de données basée sur la lumière est la capacité de transmettre plusieurs flux de données parallèles codés en utilisant une lumière de différentes couleurs (longueurs d'onde) en même temps, un à la fois à la même fibre optique sur ou hors de la puce, par analogie avec la façon dont cela se produit lors de l'organisation des canaux Internet via un câble à fibre optique », a déclaré Milos Popovic.Dans sa version actuelle, le prototype de processeur innovant prend en charge la technologie de processus CMOS SOI 45 nanomètres pas si rapide, tout en fournissant une densité de transfert de données de 300 gigabits par seconde par millimètre carré, soit environ 10 à 50 fois plus que les microprocesseurs présentés sur le marché moderne. La bande passante revendiquée de chaque canal optique est de 2,5 Gb / s. De telles valeurs, selon les développeurs, sont déjà implémentées sur la base du prototype actuel. Les tailles de puce de 3 à 6 mm permettent de surmonter la contradiction entre les besoins informatiques des grands circuits intégrés de nouvelle génération et les capacités des puces qui y sont intégrées, tout en préservant toutes les caractéristiques fonctionnelles du circuit traditionnel sur une seule puce.
"Notre développement est le premier processeur à utiliser la lumière pour communiquer avec le monde extérieur", a déclaré Vladimir Stoyanovich, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique à l'Université de Californie à Berkeley et chef d'équipe des co-auteurs de l'invention. La nouvelle technologie, combinant des circuits optiques et électroniques sur une seule puce, selon les chercheurs, peut être naturellement intégrée dans les processus de production existants et rapidement maîtrisée dans la production commerciale à grande échelle avec un coût minimal."Nous avons décrit et prouvé expérimentalement la possibilité d'utiliser les mêmes matériaux et processus technologiques pour fabriquer des circuits qui combinent des dispositifs optiques et électriques sur une seule puce", a déclaré Mark Wade, représentant d'une équipe à l'Université du Colorado et l'un des co-auteurs de l'invention. "Cela nous permettra de développer des systèmes électroniques-optiques complexes qui peuvent résoudre le soi-disant" problème de goulot d'étranglement "qui se produit aujourd'hui lors du transfert de grandes quantités de données. Afin de poursuivre le développement réussi du projet, l'équipe a créé deux startups avec des tâches organisationnelles différentes. SiFive présente l'architecture ouverte RISC-V utilisée dans la puce expérimentale, et Ayar Labs se concentre sur la technologie d'interconnexion de photons.La puce créée dans notre laboratoire, selon la publication officielle du projet sur le site Web Nature, peut être fabriquée dans le cadre du processus de fabrication standard utilisé dans la fabrication des microprocesseurs existants. Cela ouvre d'énormes perspectives pour la «chipisation électron-optique» de systèmes informatiques prometteurs dotés de nouvelles capacités basées sur la nouvelle architecture. L'agence bien connue DAPRA a apporté son soutien au développement.Sources:site Web de l'Université Colorado BoulderNature
Chers lecteurs, nous sommes toujours heureux de vous rencontrer et de vous attendre sur les pages de notre blog. Nous sommes prêts à continuer de partager avec vous les dernières nouvelles, à examiner des articles et d'autres publications et nous ferons de notre mieux pour rendre le temps passé avec nous utile pour vous. Et bien sûr, n'oubliez pas de vous abonner à nos rubriques . Nos autres articles et événements
Source: https://habr.com/ru/post/fr388453/
All Articles