सिंगल-चिप इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल प्रोसेसर का पहला कार्यशील प्रोटोटाइप बनाया गया था

ICover ब्लॉग पेज पर हमारे पाठकों के लिए आपका स्वागत है ! यूनिवर्सिटी ऑफ कोलोराडो बोल्डर के शोधकर्ताओं ने कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के सहयोगियों के साथ मिलकर एक ऊर्जा-कुशल सिंगल-चिप इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल माइक्रोप्रोसेसर का पहला परिचालन प्रोटोटाइप विकसित किया है, जिसमें से दो कोर SRAM मेमोरी के साथ RISC-V एक्सचेंज डेटा नहीं है। विद्युत पर, लेकिन ऑप्टिकल इंटरफ़ेस पर।



नई तकनीक के बारे में विस्तृत जानकारी, जो तेजी से और अधिक कुशल कंप्यूटिंग सिस्टम और नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर बनाने की संभावनाओं को खोलेगी, नेचर में 23 दिसंबर 2015 को प्रकाशित हुई थी ।

"नए सिद्धांतों पर काम करने वाले इंटीग्रेटेड सर्किट, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला की कंप्यूटिंग क्षमताओं और वास्तुकला में आमूल-चूल परिवर्तन कर सकते हैं, बड़े स्मार्टफोन केंद्रों में उपयोगकर्ता स्मार्टफ़ोन से लेकर सुपर कंप्यूटर, इलेक्ट्रिकल, कंप्यूटर और पावर इंजीनियरिंग विभाग के एसोसिएट प्रोफेसर मिलोस पोपोविक ने कहा। कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय के इंजीनियरिंग और अध्ययन के सह-लेखक, राज टीम के साथ मिलकर विकास के सैद्धांतिक सिद्धांतों की पुष्टि विलो मैसाचुसेट्स प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रोफेसर विलो राम।

विद्युतीय रूप से प्रेषित डेटा की गति और मात्रा शारीरिक रूप से बैंडविड्थ और पावर घनत्व जैसे मापदंडों द्वारा सीमित है, जो सभी आधुनिक कंप्यूटर सिस्टम के सेमीकंडक्टर माइक्रोकैक्रिट्स के लिए एक अड़चन बन जाता है। लेकिन इन प्रतिबंधों को हटाया जा सकता है अगर किसी एकल सिलिकॉन क्रिस्टल पर बने इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल चिप पर आधारित ऑप्टिकल संचार का उपयोग किया जाता है। उसी समय तक, हाल ही में, एकल-चिप चिप के भीतर इस तरह के एक अग्रानुक्रम को लागू करना बहुत मुश्किल था, उत्पादन क्षमताओं की सीमाओं के कारण जो केवल सरल योजनाओं के भीतर ऑप्टिकल और विद्युत उपकरणों के संयोजन की अनुमति देते थे।



वैज्ञानिकों के एक समूह ने पहली ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक चिप की घोषणा की, जो एक ऐसी तकनीक का प्रस्ताव करके कार्यक्षमता की मौजूदा बाधा को दूर करने में कामयाब रही, जो 70 मिलियन ट्रांजिस्टर और 850 ऑप्टिकल इनपुट / आउटपुट घटकों को तर्क, स्मृति और कनेक्टिंग तत्वों के कार्यों के साथ एकीकृत करने की अनुमति देती है। चिप का निर्माण GlobalFoundries की सुविधाओं पर किया गया है, जो इंसुलेटर (SOI) तकनीक पर सिलिकॉन का उपयोग करती है। ऑप्टिकल वेवगाइड्स को सिलिकॉन प्रीफॉर्म में कांच की पतली परत पर बनाया गया था। ग्लास और सिलिकॉन के अपवर्तक सूचकांकों में अंतर वेवगाइड में प्रकाश को धारण करता है। धातु को टारोइडल ऑप्टिकल घटक के अंदर जमा किया गया था - एक रिंग गुंजयमान यंत्र। वहां यह डोनट के बाहर से गुजरने वाले प्रकाश के साथ बातचीत नहीं करता है, लेकिन, जब वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह गुंजयमान यंत्र के ऑप्टिकल गुणों को बदल सकता है,या प्रकाश संकेत में परिवर्तन रजिस्टर, ऑप्टिकल जानकारी को विद्युत रूप में परिवर्तित करना।

रिंग रेज़ोनेटर पर निर्मित प्रकाश सेंसरों की उच्च संवेदनशीलता एक सूचना बिट को 1.3 पिकोजोल्स तक संचारित करने के लिए ऊर्जा लागत को कम करने की अनुमति देती है, जो कि कम से कम दूरी पर भी पूरी तरह से इलेक्ट्रिक चिप्स की तुलना में 10 गुना कम है। इसलिए, इस समाधान का एक महत्वपूर्ण लाभ ऊर्जा की खपत में उल्लेखनीय कमी है। "... हमारी तकनीक का लाभ इसकी कॉम्पैक्टनेस है: अवरक्त प्रकाश की तरंग दैर्ध्य 1 माइक्रोन से कम है, जो मानव बाल की मोटाई का 1/100 है। यह हमें प्रभावी अल्ट्रा-उच्च घनत्व सर्किट बनाने की अनुमति देगा, बार-बार बढ़ते हुए थ्रूपुट ... - पोपोविच ने कहा।

प्रस्तावित तकनीक अतिरिक्त ऑप्टिकल उपकरणों के उपयोग के बिना चिप के बाहर एकल डेटा विनिमय प्रणाली के बाहरी घटकों के साथ संवाद करने की क्षमता का समर्थन करती है। ऑप्टिकल शंकु के आकार के एक्सेस प्वाइंट के साथ एकल-चिप चिप का एक उदाहरण कार्यान्वयन नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।



पारंपरिक ट्रांजिस्टर और डायोड के साथ "पड़ोस में" एक ऑप्टिकल डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम का फैलाव "

प्रकाश आधारित डेटा ट्रांसमिशन के फायदों में से एक एक ही समय में एक ही समय में विभिन्न रंगों (तरंग दैर्ध्य) की रोशनी का उपयोग करके एन्कोड किए गए कई समानांतर डेटा धाराओं को प्रसारित करने की क्षमता है। फाइबर ऑप्टिक केबल के माध्यम से इंटरनेट चैनलों को व्यवस्थित करने के दौरान यह कैसे होता है, इसके अनुरूप, चिप के ऊपर या बंद एक ही ऑप्टिकल फाइबर, ”मिलोस पॉपोविक ने कहा।

अपने वर्तमान संस्करण में, अभिनव प्रोसेसर प्रोटोटाइप नॉट-सो-फास्ट 45-नैनोमीटर CMOS SOI प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का समर्थन करता है, जबकि एक ही समय में प्रति वर्ग मिलीमीटर प्रति 300 गीगाबिट्स का डेटा ट्रांसफर घनत्व प्रदान करता है, जो कि माइक्रोप्रोसेसर की तुलना में लगभग 10 से 50 गुना अधिक है। आधुनिक बाजार में। प्रत्येक ऑप्टिकल चैनल का दावा किया गया बैंडविड्थ 2.5 Gb / s है। डेवलपर्स के अनुसार ऐसे मूल्य, वर्तमान प्रोटोटाइप के आधार पर पहले से ही लागू हैं। 3 - 6 मिमी के चिप आकार बड़ी अगली पीढ़ी के एकीकृत सर्किट की कंप्यूटिंग जरूरतों और उनमें एकीकृत चिप्स की क्षमताओं के बीच विरोधाभास को दूर करना संभव बनाते हैं, जबकि एक एकल चिप पर पारंपरिक सर्किट के सभी कार्यात्मक विशेषताओं को बनाए रखते हैं।



"हमारा विकास बाहरी दुनिया के साथ संवाद करने के लिए प्रकाश का उपयोग करने वाला पहला प्रोसेसर है," व्लादिमीर स्टॉयनोविच, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर और आविष्कार के सह-लेखकों के टीम लीडर ने कहा। नई तकनीक, एक चिप पर ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी के संयोजन, शोधकर्ताओं के अनुसार, स्वाभाविक रूप से मौजूदा उत्पादन प्रक्रियाओं में एकीकृत हो सकती है और कम से कम लागत के साथ बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक उत्पादन में जल्दी से महारत हासिल कर सकती है।

"हमने बताया और प्रयोगात्मक रूप से एक ही चिप पर ऑप्टिकल और बिजली के उपकरणों के संयोजन के लिए एक ही सामग्री और तकनीकी प्रक्रियाओं का उपयोग करने की संभावना को साबित किया," मार्क वाडे, कोलोराडो विश्वविद्यालय के एक टीम के प्रतिनिधि और आविष्कार के सह-लेखकों में से एक ने कहा। "यह हमें जटिल इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल सिस्टम विकसित करने की अनुमति देगा जो तथाकथित" अड़चन समस्या "को हल कर सकता है जो बड़ी मात्रा में डेटा स्थानांतरित करते समय आज होता है। परियोजना को सफलतापूर्वक विकसित करने के लिए, टीम ने विभिन्न संगठनात्मक कार्यों के साथ दो स्टार्टअप बनाए। SiFive प्रयोगात्मक चिप में प्रयुक्त RISC-V ओपन आर्किटेक्चर का परिचय देता है, और Ayar Labs फोटॉन इंटरकनेक्ट तकनीक पर केंद्रित है।

नेचर वेबसाइट पर परियोजना की आधिकारिक रिलीज के अनुसार, हमारी प्रयोगशाला में बनाई गई चिप को मौजूदा माइक्रोप्रोसेसरों के निर्माण में इस्तेमाल मानक निर्माण प्रक्रिया के हिस्से के रूप में निर्मित किया जा सकता है। यह नए आर्किटेक्चर पर निर्मित नई क्षमताओं के साथ आशाजनक कंप्यूटिंग सिस्टम के "इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल चिपाइजेशन" के लिए भारी संभावनाएं खोलता है। प्रसिद्ध एजेंसी DAPRA ने विकास में अपना समर्थन प्रदान किया।



स्रोत:

कोलोराडो बोल्डर नेचर यूनिवर्सिटी वेबसाइट

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Source: https://habr.com/ru/post/hi388453/