Исследователям компании IBM удалось совершить значительный шаг в микроэлектронике, перенеся принципы, лежащие в основе волоконно-оптической связи, в мир процессоров. Ключевая цель этой разработки — кардинально улучшить внутреннюю коммуникацию между компонентами электронных устройств, одновременно добившись существенного снижения энергозатрат. Сердцем новой технологии стал «оптический волновод», который, по данным компании, способен увеличить скорость передачи данных на впечатляющие 80%.
Полимерные волноводы: свет вместо электричества
Специалисты IBM создали инновационное решение для ускорения обмена данными между элементами внутри центров обработки данных. Речь идет о «полимерных оптических волноводах» — миниатюрных устройствах, которые направляют световые сигналы для передачи информации между чипами. Этот принцип аналогичен работе оптоволоконных кабелей, но реализован в микроскопических масштабах непосредственно на процессорной подложке.
Данные волноводы являются частью более масштабной технологии под названием «совместная оптика» (CPO, Co-Packaged Optics). Её суть заключается в интеграции оптических компонентов и электронных микросхем на единой основе. Такой подход позволяет оптимизировать потоки данных между чипами и минимизировать потери энергии, которые неизбежны при использовании традиционных медных соединений.
Эксперты полагают, что эта инновация способна произвести революцию в передаче данных внутри всего спектра IT-оборудования, особенно в требовательных к пропускной способности дата-центрах. Кроме того, технология обещает дать мощный импульс развитию искусственного интеллекта, ускорив обучение сложных нейросетевых моделей и сделав этот процесс значительно более энергоэффективным.
Преодоление ограничений меди: почему необходим переход к оптике
В современных серверах и вычислительных системах связь между микросхемами на печатных платах до сих пор обеспечивается в основном медными проводниками, передающими электрические сигналы. Этот проверенный временем метод имеет ряд фундаментальных недостатков. Главный из них — высокое энергопотребление. Кроме того, медные линии связи обладают ограниченной пропускной способностью, что создает «узкие места» в системе. В результате мощные графические процессоры (GPU) часто простаивают в ожидании данных, что приводит к потере как времени, так и энергии.
Модуль CPO от IBM призван решить эти проблемы. «Как известно, лучшая технология для передачи информации на сегодня — это оптоволокно, поэтому оно и стало стандартом для дальней связи», — пояснил генеральный директор IBM Мукеш Харе на презентации технологии. По словам представителей компании, новое устройство обеспечивает гораздо более высокую пропускную способность по сравнению с электрической передачей, что сокращает время простоя GPU и ускоряет обработку данных в целом.
Разрез прототипа модуля CPO. © IBM
Технический прорыв: компактность и надежность
Несмотря на свою тонкость, обычные оптические волокна при плотной компоновке могут занимать слишком много места на крошечной поверхности чипа. К примеру, всего четыре волокна диаметром 250 микрон уже занимают целый миллиметр. Инженерам IBM удалось преодолеть это ограничение с помощью своих полимерных волноводов, которые позволяют организовать оптические каналы гораздо компактнее. В результате исследователям удалось увеличить плотность передачи данных в шесть раз по сравнению с существующими аналогами, что привело к резкому росту пропускной способности.
Это достижение позволяет интегрировать до 51 независимого оптического канала передачи данных на каждый миллиметр кромки чипа. Благодаря этому обмен информацией по оптическим волноводам происходит в 80 раз быстрее, чем при использовании стандартных электрических соединений. При этом система сконструирована так, чтобы минимизировать потери светового сигнала при передаче.
IBM подчеркивает, что её разработка прошла все необходимые испытания на долговечность, требуемые для серийного производства. Прототип тестировался в экстремальных условиях: при температурах от -40°C до +125°C и в условиях высокой влажности. Оптические соединения также проверяли на гибкость и механическую прочность, подтвердив их надежность.
Обратите внимание: История компании Liqui Moly.
Все последние новости науки и техники читайте на New-Science.ru
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Компании IBM удалось применить принципы волоконной оптики к процессорам.