Prototipe kerja pertama dari prosesor elektron-optik chip tunggal telah dibuat
Selamat datang di pembaca kami di Halaman Blog iCover ! Para peneliti dari University of Colorado Boulder, bekerja sama dengan rekan-rekan dari University of California, Berkeley dan Massachusetts Institute of Technology (MIT), mengembangkan prototipe operasional pertama dari mikroprosesor elektron-optik chip tunggal hemat energi, dua inti yang RISC-V bertukar data dengan memori SRAM tidak. pada listrik, tetapi pada antarmuka optik.
Informasi terperinci tentang teknologi baru, yang akan membuka kemungkinan untuk menciptakan sistem komputasi dan infrastruktur jaringan yang lebih cepat dan lebih efisien, diterbitkan dalam jurnal Nature pada 23 Desember 2015.“Sirkuit terpadu yang bekerja berdasarkan prinsip-prinsip baru dapat mengarah pada perubahan radikal dalam kemampuan komputasi dan arsitektur berbagai perangkat elektronik, dari smartphone pengguna hingga superkomputer di pusat data besar,” Milos Popovic, profesor di Departemen Teknik Listrik, Komputer dan Tenaga, berbagi pemikirannya. Rekayasa dari University of Colorado Boulder dan rekan penulis studi ini, memperkuat prinsip-prinsip teoritis pengembangan bersama dengan tim Raj Willow Rama, profesor elektronik di Massachusetts University of Technology.Kecepatan dan jumlah data yang dikirim secara elektrik secara fisik dibatasi oleh parameter seperti bandwidth dan kepadatan daya, yang menjadi penghambat bagi sirkuit mikro semikonduktor dari semua sistem komputer modern. Tetapi pembatasan ini dapat dihapus jika komunikasi optik berdasarkan pada chip elektron-optik yang dibuat pada kristal silikon tunggal digunakan. Pada saat yang sama, hingga saat ini, tandem seperti itu dalam chip tunggal sangat sulit diimplementasikan, karena keterbatasan kemampuan produksi yang memungkinkan menggabungkan perangkat optik dan listrik hanya dalam skema paling sederhana.
Sekelompok ilmuwan yang mengumumkan chip optoelektronik pertama berhasil mengatasi hambatan fungsionalitas yang ada dengan mengusulkan teknologi yang memungkinkan pengintegrasian hingga 70 juta transistor dan hingga 850 komponen input / output optik dengan fungsi logika, memori, dan elemen penghubung. Chip ini diproduksi di fasilitas GlobalFoundries, yang menggunakan teknologi silicon on insulator (SOI). Waveguides optik dibuat pada lapisan kaca tipis dalam bentuk silikon sebelumnya. Perbedaan dalam indeks bias kaca dan silikon memegang cahaya dalam pandu gelombang. Logam itu disimpan di bagian dalam komponen optik toroidal - resonator cincin. Di sana ia tidak berinteraksi dengan cahaya yang melewati bagian luar donat, tetapi, ketika tegangan diberikan, itu dapat mengubah sifat optik ronggaatau mendaftarkan perubahan pada sinyal cahaya, mengubah informasi optik menjadi bentuk listrik.Sensitivitas tinggi dari sensor cahaya yang dibangun di atas resonator cincin memungkinkan untuk mengurangi biaya energi untuk mentransmisikan bit informasi menjadi 1,3 picojoule, yang 10 kali lebih sedikit daripada chip listrik sepenuhnya bahkan pada jarak terdekat. Oleh karena itu, salah satu keunggulan utama dari solusi ini adalah pengurangan yang signifikan dalam konsumsi energi. "... Keuntungan dari teknologi kami adalah kekompakannya: panjang gelombang cahaya inframerah kurang dari 1 mikron, yang merupakan 1/100 dari ketebalan rambut manusia. Ini akan memungkinkan kami untuk membuat sirkuit kepadatan ultra-tinggi yang efektif, berulang kali meningkatkan throughput ..." - kata Popovich.Teknologi yang diusulkan mendukung kemampuan untuk berkomunikasi dengan komponen eksternal dari sistem pertukaran data tunggal di luar chip tanpa menggunakan perangkat optik tambahan. Contoh implementasi chip chip tunggal dengan titik akses berbentuk kerucut optik ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Fragmen dari sistem transmisi data optik "di lingkungan" dengan transistor tradisional dan dioda"Salah satu keuntungan dari transmisi data berbasis cahaya adalah kemampuan untuk mentransmisikan beberapa aliran data paralel yang disandikan menggunakan cahaya warna yang berbeda (panjang gelombang) pada saat yang sama satu per satu ke serat optik yang sama pada atau dari chip, dengan analogi dengan bagaimana hal itu terjadi ketika mengatur saluran internet melalui kabel serat optik, "kata Milos Popovic.Dalam versi saat ini, prototipe prosesor inovatif mendukung teknologi proses SOOS CMOS 45-nanometer yang tidak terlalu cepat, sementara pada saat yang sama memberikan kepadatan transfer data 300 gigabit per detik per milimeter persegi, yang sekitar 10 hingga 50 kali lebih banyak daripada mikroprosesor yang disajikan di pasar modern. Bandwidth yang diklaim untuk setiap saluran optik adalah 2,5 Gb / s. Nilai-nilai tersebut, menurut pengembang, sudah diimplementasikan berdasarkan prototipe saat ini. Ukuran chip 3 - 6 mm memungkinkan untuk mengatasi kontradiksi antara kebutuhan komputasi sirkuit terintegrasi generasi mendatang yang besar dan kemampuan chip yang terintegrasi di dalamnya, sambil mempertahankan semua karakteristik fungsional dari sirkuit tradisional pada satu chip.
"Perkembangan kami adalah prosesor pertama yang menggunakan cahaya untuk berkomunikasi dengan dunia luar," kata Vladimir Stoyanovich, profesor teknik elektro dan ilmu komputer di University of California, Berkeley dan ketua tim penulis pendamping penemuan ini. Teknologi baru, menggabungkan sirkuit optik dan elektronik pada satu chip, menurut para peneliti, dapat secara alami diintegrasikan ke dalam proses produksi yang ada dan dengan cepat dikuasai dalam produksi komersial skala besar dengan biaya minimal."Kami menggambarkan dan secara eksperimental membuktikan kemungkinan menggunakan bahan dan proses teknologi yang sama untuk pembuatan sirkuit yang menggabungkan perangkat optik dan listrik pada satu chip," kata Mark Wade, perwakilan tim di University of Colorado dan salah satu penulis bersama penemuan ini. "Ini akan memungkinkan kami untuk mengembangkan sistem elektron-optik kompleks yang dapat memecahkan apa yang disebut" masalah bottleneck "yang terjadi hari ini ketika mentransfer sejumlah besar data. Untuk memajukan keberhasilan pengembangan proyek, tim menciptakan dua startup dengan tugas organisasi yang berbeda. SiFive memperkenalkan arsitektur terbuka RISC-V yang digunakan dalam chip eksperimental, dan Ayar Labs berfokus pada teknologi interkoneksi foton.Chip yang dibuat di laboratorium kami, sesuai dengan rilis resmi proyek di situs web Nature, dapat diproduksi sebagai bagian dari proses pembuatan standar yang digunakan dalam pembuatan mikroprosesor yang ada. Ini membuka prospek besar untuk "chipisasi elektron-optik" dari sistem komputasi yang menjanjikan dengan kemampuan baru yang dibangun di atas arsitektur baru. Lembaga terkenal DAPRA memberikan dukungannya dalam pengembangan.Sumber:Situs web Universitas Alam Colorado Boulder
Pembaca yang budiman, kami selalu senang bertemu dan menunggu Anda di halaman blog kami. Kami siap untuk terus berbagi dengan Anda berita terbaru, ulasan artikel, dan publikasi lainnya dan akan berusaha melakukan yang terbaik untuk membuat waktu yang dihabiskan bersama kami bermanfaat bagi Anda. Dan, tentu saja, jangan lupa berlangganan bagian kami . Artikel dan acara kami yang lain
Source: https://habr.com/ru/post/id388453/
All Articles