Создана технология для передачи данных со скоростью более 1 петабита в секунд
Исследователи Массачусетского технологического института в рамках программы FUTUR-IC разработали компоненты, которые могут кардинально изменить архитектуру вычислительных систем.
Свет вместо электричества
Современные чипы обрабатывают данные с помощью электрических сигналов. Но передавать эти данные на высокой скорости по металлическим проводникам становится все сложнее — растет сопротивление, увеличиваются потери энергии. Чем быстрее нужно передавать данные, тем больше тепла выделяет система.
Фотоника предлагает другой путь — передачу информации с помощью света. Оптические каналы практически не греются, потребляют значительно меньше энергии и теоретически способны пропускать несравнимо большие объемы данных. Это особенно важно для дата-центров, обслуживающих нейросети и облачные сервисы — их аппетит к вычислительным ресурсам растет быстрее, чем успевает развиваться традиционная электроника.
Главная проблема до сих пор состояла в том, что совместить электронный и фотонный чип в одном устройстве технически крайне сложно и дорого. Именно этот барьер и взялись преодолеть в MIT.
Оптические аналоги паяных контактов
Ключевое изобретение программы FUTUR-IC — три типа оптических соединителей, которые исследователи сравнивают с паяными контактами в обычной электронике. Паяные контакты — это крошечные металлические шарики, которые физически и электрически соединяют два чипа. Новые оптические соединители делают то же самое, только передают не электрические сигналы, а свет.
Два из трех соединителей разработаны в рамках нынешней программы.
- Первый — эванесцентный соединитель — прост в производстве и хорошо масштабируется: его можно упаковывать очень плотно, что важно, когда в систему нужно встроить сотни или тысячи оптических каналов одновременно.
- Второй — соединитель с градиентным показателем преломления (GRIN) — работает в более широком диапазоне длин световых волн, что делает его универсальнее. Третий соединитель был разработан ранее группой профессора Цзюэцзюня Ху.
Принципиально важно, что все три устройства можно производить на существующем полупроводниковом оборудовании — это снимает один из главных барьеров для массового внедрения.
Петабит в секунду
Директор программы FUTUR-IC Ану Агарвал обозначила конечную цель — перейти от сегодняшних сотен терабит в секунду к передаче данных быстрее одного петабита. Для понимания: один петабит — это миллион гигабит. Такая пропускная способность позволила бы передать содержимое нескольких тысяч жестких дисков за одну секунду.
Логика программы строится на разделении ролей между двумя технологиями. Электроника занимается вычислениями — это то, в чем она по-прежнему незаменима. Фотоника берет на себя передачу данных — задачу, с которой справляется принципиально эффективнее. Такое разделение труда могло бы резко снизить совокупное энергопотребление вычислительной инфраструктуры.
Программа FUTUR-IC не ограничивается разработкой чипов. Параллельно команда создала платформу Earthster — инструмент для оценки экологического следа полупроводникового производства. Он помогает компаниям выявлять, где именно в производственном цикле сосредоточены основные выбросы углерода, расход энергии и материалов.
Кроме того, в рамках программы разрабатываются образовательные курсы и учебные материалы, ориентированные на подготовку специалистов в области ресурсоэффективного производства полупроводников.
Когда это появится
До коммерческого применения этих технологий еще несколько лет — исследователи сами это признают. Но задача, которую они решают, стоит перед всей отраслью уже не первый год. По мере того как нейросети становятся крупнее, а облачные сервисы — масштабнее, дата-центры потребляют все большую долю мировой электроэнергии. Фотонная интеграция — один из немногих путей, позволяющих наращивать скорость передачи данных без пропорционального роста энергопотребления.
Новый суперкомпьютер за один день решает задачи, на которые у ноутбука ушло бы 500 лет
Создан фотонный процессор для ИИ с триллионной скоростью вычислений
