Человек с электрической фамилией решил повысить энергоэффективность ЦОД

Чтобы создать суперкомпьютер следующего поколения, нужно не просто заставить все его компоненты работать быстрее – загвоздка в том, что одновременно с повышением их скорости необходимо сохранить энергопотребление этих компонентов в разумных границах или уменьшить его. Это избавит нас от необходимости строительства отдельной атомной электростанции для запитки каждой вновь возводимой суперкомпьютерной системы. Поиск решения вышеозначенной проблемы уже несколько лет ведут разработчики эксафлопсного суперкомпьютера следующего поколения из Массачусетского технологического института (MIT), и, похоже, что они на верном пути.

Команда специалистов MIT, которую возглавляет ученый с “электрической” фамилией Майкл Уоттс (на английском его фамилия (Watts) созвучна с названием единицы измерения мощности в Международной системе единиц), разработали внутрикристальный механизм передачи данных на базе фотоники, который предполагает замену многочисленных металлических электрических соединений механизмами передачи данных с помощью света. Их технология позволяет использовать всего один фемтоджоуль для передачи одного бита (в фемтоджоулях измеряется количество энергии, которая требуется, чтобы передать бит данных; при этом фемтоджоуль не может напрямую сравниваться с ваттом).

Использование обычных электрических соединений для передачи информации между элементами внутри чипа уже давно стало весьма проблематичным, поскольку чипмейкеры непрерывно повышают плотность размещения кремниевых транзисторов внутри своих продуктов, что ведет к увеличению потребляемой ими электроэнергии. При этом рост числа межсоединений внутри чипов ведет к дальнейшему повышению их энергопотребления и росту утечек энергии.

Вот выдержка из статьи MIT Technology Review:

…Именно в этом и заключается серьезная проблема. Межсоединительный провод чипа длинной всего 1 мм при передаче одного бита потребляет около 100 фемтоджоулей. Эта цифра может показаться незначительной (фемтоджоуль = 10^-15 джоуля). Но с учетом того, что скорости передачи данных внутри чипа настоящее время достигают нескольких петабитов в секунду (1 петабит = 10^15 бита), в случае крупных микропроцессорных систем лишь на передачу данных по межсоединениям будет тратиться около 100 Вт. Если добавить к этому количество электроэнергии, используемой непосредственно транзисторами, итоговое энергопотребление чипа будет намного выше…

Ранее исследователи уже пытались использовать для решения данной проблемы свет. Тем не менее, генерация импульсов света для передачи данных сопряжена с рядом проблем. Во-первых, для непосредственной генерации этих импульсов света также требуется значительное количество энергии. Во-вторых, для внедрения подобной технологии необходимо будет добавлять в конструкцию чипов отдельные элементы, предназначенные для передачи фотонов. В третьих, работоспособность подобного элемента для передачи данных внутри чипа с помощью света может быть нарушена резкими изменениями температуры микропроцессора.

Разработанная Уоттсом сотоварищи технология позволяет использовать обычных техпроцесс CMOS для внедрения фотоники в чип, что значительно удешевляет разработку микропроцессоров с подобными межсоединениями и делает возможность наладки их массового производства более реальной. В статье MIT также отмечается, разработанный специалистами прототип внутрикристаллического модуля для передачи данных посредством света не реагирует на изменения температуры чипа. По словам экспертов, эта технология все еще требует доработки (необходимо уменьшить ее стоимость и увеличить надежность). Тем не менее, в конечном счете, она вполне может найти применение в ЦОД и даже в сетях широкополосного доступа в интернет следующего поколения.