אינטל ו-Ayar הוכיחו שמקמ"ש אופטי יכול להחליף כרטיס תקשורת
1 יוני, 2020
בהדגמה יוצאת-דופן, הן קישרו סיב אופטי אל רכיב FPGA והעבירו מידע בקצב של 2Tbps. "המשמעות היא שנוכל לבנות מחשבים גדולים מאוד, מהירים מאוד וחסכוניים מאוד"
בתמונה למעלה: רכיב מרובה שבבים הכולל FPGA ומקמ"שים המחובר באמצעות סיבים אופטיים אל כרטיס ההדגמה של אינטל
חברת Ayar Labs מקליפורניה וחברת אינטל, השיגו החודש פריצת דרך טכנולוגית במימוש תקשורת אופטית ישירה אל תוך שבב לוגי, באמצעות קישוריות אופטית אל רכיב FPGA. התקשורת בין שבבים היא צוואר בקבוק המאט את הביצועים וצורך הספק גדול מאוד ממערכת המחשב. כיום התקשורת בתוך השבב מתבצעת באמצעות ערוץ SerDes, הדורש המרת תקשורת מקבילית לטורית ולאחר מכן בחזרה לתקשורת מקבילית, כדי לקשר בין שבבים או בין קבוצות שבבים (Chiplets) במעגל.
במקביל, התקשורת בתוך מרכז הנתונים נעשית באמצעות כרטיסי תקשורת. ההדגמה של אינטל ו-Ayar מציעה אלטרנטיבה אופטית לשתי הגישות האלו. במסגרת פרוייקט PIPES של DARPA, הן השתמשו בערכת השבבים TeraPHY של Ayar, שנועדה לספק תחליף אופטי לערוץ SerDes חשמלי, באמצעות הטמעת השבבים האופטיים במארזים מתקדמים של אינטל, ושילבו את ה-FPGA ואת האופטיקה ברכיב MCM – Multi Chip Module יחיד.
האותות האופטיים נכנסים ישירות אל ה-SoC
התוצאה: התחברות ישירה אל השבב באמצעות סיב אופטי המאפשרת לייצר ערוץ תקשורת הפועל במהירות של 2Tbps בשבריר מהאנרגיה הנדרשת לממש ערוץ כזה בטכנולוגיה חשמלית. סוכנות DARPA מסרה שהטכנולוגיות ששימשו בהדגמה פותחו במסגרת מספר תוכניות של הסוכנות שבהן השתתפו שתי החברות. "היעד הבא של התוכנית הוא לפתח טכנולוגיית תקשורת אופטית שתגיע למהירות של יותר מ-100Tbps".
ליבת הטכנולוגיה מבוססת על מבנה ייחודי בשם Microring המיוצר בטכנולוגיית סיליקון פוטוניקס. באמצעות אותות חשמליים הוא מאפנן קרן לייזר רציפה החולפת דרכו, ועל-ידי כך ממיר אות חשמלי לאות אופטי. בקצה השני של קו התקשורת האבזר מבצע פעילות הפוכה: גלאי ה-Microring ממיר את האות האופטי לאותות חשמליים המוזנים ישירות אל תוך השבב (בתמונה למטה).
כאשר מציבים לאורך הסיב מספר מקמ"שי Microring שכל אחד מהם פועל בצבע אור שונה (כל צבע מייצג אורך גל שונה) ניתן להכפיל את קצב התקשורת ולשדר אותות רבים במספר צבעים במקביל. בהדגמה של אינטל ושל Ayar נעשה שימוש בארבעה מקמ"שים, אולם הטכנולוגיה מאפשרת שימוש בעד 64 מקמ"שים בכל צד של קו התקשורת האופטית.
המקמ"שים האלה בנויים בתוך פיסת סיליקון (Chiplet) עצמאית, אשר מותקנת בתוך מארז ה-MCM לצד המעבד. הדבר מאפשר להזין אותות אופטיים ישירות אל ה-MCM. המקמ"ש ממיר אותם לאותות חשמליים ושולח אותם אל המעבד באמצעות ערוץ Advanced Interface Bus – AIB שפותח על-ידי אינטל, המיישם תקשורת בין פיסות סיליקון נפרדות בתוך רכיב ה-MCM.
ארכיטקטורה חדשה של מחשבים גדולים ומרכזי נתונים
החשיבות של ההדגמה נעוצה בכך שהיא הוכיחה יכולת התחברות של ממשק אופטי ישירות אל שבב עיבוד מרכזי, מסוג FPGA, CPU או GPU. במסגרת ההדגמה, שודרו אותות ממקור לייזר של Ayar באמצעות סיב אופי אל 8 מקמ"שים אופטיים הפועלים ב-8 אורכי גל שונים, אשר שידרו מידע בקצב של 512Gbps כל אחד. המערכת פעלה במשך 14 שעות ללא תקלות.
מנהל שיווק פתרונות FPGA של אינטל באירופה, קרייג דייוויס, העריך בראיון ל-Techtime שמדובר בפריצת-דרך טכנולוגית שתשנה את פני עולם המיחשוב. "יש כל-כך הרבה טכנולוגיות חדשות מאחורי ההדגמה הזאת, שקשה לי אפילו להגדיר מהי הטכנולוגיה היחידה החשובה ביותר שפיתחנו במסגרת הפרוייקט הזה. משמעות ההדגמה היא שאנחנו יכולים לבנות מחשבים גדולים מאוד, מהירים מאוד וחסכוניים מאוד. הטכנולוגיה הזאת יכולה להעביר את המידע למרחקים של עד 2 קילומטר, ולכן היא מאפשרת לבנות מרכזי עיבוד ושרתים גדולים מאוד – ללא כל המתגים הגדולים המשמשים כיום כעמוד התווך של המרכזים האלה".
להדגמה הזאת יש גם חשיבות מיוחדת עבור אסטרטגיית ה-FPGA של אינטל. הטכנולוגיה של ערוץ AIB כבר שולבה ברכיבי Intel Agilex FPGA החדשים, אשר מיוצרים בתהליך של 10 ננומטר. דייוויס: "בחודש ינואר השנה פתחנו את מפרטי AIB בפני התעשייה במתכונת של מפרט חופשי, כדי לסייע ללקוחות לחבר את הצ'יפלטים שלהם אל הרכיבים שלנו, או אל כל מעבד אחר. אנחנו עובדים כיום עם הרבה לקוחות המעוניינים בשילוב הזה. במקביל, אנחנו נמצאים כעת בשלבי בדיקה כדי לברר כיצד הלקוחות יכולים להשתמש גם בטכנולוגיית הקישוריות האופטית שהדגמנו".
פורסם בקטגוריות: אלקטרואופטיקה , חדשות , סמיקונדקטורס
פורסם בתגיות: אינטל , אלקטרואופטיקה , סמיקונדקטורס , שבבים
