На смену медным дорожкам приходит фотоника

Intel предоставил новое чрезвычайно интересное исследование – объединение кремниевых чипов и лазеров сделает возможной передачу данных со скоростью 50 гигабит в секунду, а со временем скорость может достичь и нескольких терабит в секунду. Технология, известная как кремниевая фотоника (silicon photonics) может наконец заменить медные контакты, использующиеся для соединения отдельных компонентов в компьютерах или между компьютерами в дата-центрах.

«Основная проблема заключается в том, что скорость электрических сигналов, передаваемых по медным проводам, уже практически достигла своего физического лимита, — говорит Джастин Раттнер, директор по технологиям Intel, который анонсировал новую технологию. — Фотоника дает нам возможность сравнительно недорого передавать огромные объемы данных на любые расстояния с предельно высокими скоростями».

В течение ближайших двух лет, Intel надеется усовершенствовать технологию, повысив эффективность лазеров, и улучшив весь производственный процесс, включая сборку кремниевых чипов и микросхем.

«Мы хорошо изучили все аспекты данного вопроса, и обладаем всем необходимым для объединения компонентов. Мы ожидаем, что пик развития данной технологии наступит в середине десятилетия», — комментирует Марио Паниччия, директор Photonics Research Lab в Intel.

Медные соединения – это «кровеносная система» практически любой современной компьютерной инфраструктуры. Однако, качество сигнала, передаваемого по ним, ухудшается по мере увеличения длины, что ограничивает радиус применения таких сетей. «На скоростях 10 Гбит/с и выше, трудно совместить высокую скорость электронов с уровнем сигнала, достаточным для устойчивой связи», — говорит Раттнер.

Это накладывает определенные ограничения на производство компьютеров: процессоры, память и другие компоненты ПК размещены всего лишь в нескольких сантиметрах друг от друга, сообщает Intel. В качестве альтернативы можно передавать данные по оптоволокну, но это дорогое и весьма ограниченное удовольствие.

«Не проблема, если вы применяете оптику для соединения на больших расстояниях. Однако, если вы хотите использовать ее везде – начиная от обычных ПК и заканчивая суперкомпьютерами, вам придется отказаться от этой идеи из-за непомерно высоких затрат», — добавляет Раттнер.

Вот где может пригодиться кремниевая фотоника. Использование кремниевых чипов с текущими затратами и временем на производство уже позволяет полностью заменить медный кабель фотонными модулями. По мнению Intel, в будущем эта технология может полностью изменить подход к производству компьютеров и центров обработки данных. Ранее в этом году, компания представила технологию Light Peak, использующую оптику для предоставления полосы с пропускной способностью от 10 Гбит/с.
Рассмотрим, каким образом работает прототип кремниевого фотона при достижении скорости в 50 Гбит/с. Каждый модуль обладает кремниевым передатчиком и приемником в виде чипа. Чип-передатчик оснащен четырьмя лазерами, световые лучи которых попадают в оптический модулятор. Затем модулятор кодирует информацию с каждого луча в сигнал скоростью 12,5 Гбит/с. Далее эти четыре пучка света объединяются в один, скорость которого на выходе составляет 50 Гбит/с.

Чип-приемник на другом конце линии разбивает этот луч на четыре составляющих и направляет их в фотоприемник, где детекторы конвертируют информацию в электрический сигнал.

«В лабораторных условиях по такой схеме данные непрерывно передавались 27 часов и при этом не было зафиксировано ни одной ошибки. В общей сложности было передано около одного петабайта информации, — комментирует Паниччия. — И все это при комнатной температуре, без какого-либо специального охлаждения».

Кремниевый фотонный чип может использоваться как в пределах компьютера, так и для связи серверов в центрах обработки данных. «Если же мы говорим о связи компонентов на материнской плате, то наши чипы будут размещены рядом с процессором в обход медных соединений. В настоящее время мы не рассматриваем вопрос интеграции с процессором», — добавил он.

Следующий шаг Intel в этом направлении — попытки увеличить скорость передачи данных путем повышения скорости модулятора и увеличения количества лазеров на чипе. «Если вы увеличите скорость передачи данных на модуляторе и разместите на чипе больше четырех лазеров, пропорционально увеличится и скорость всей системы. 50 Гбит/с это только начало», — отметил Паниччия.

Источник: Wired
Перевод Анастасии Червинской