Terobosan Teknologi Path Lampu Chip untuk Komputasi Exascale

Livejurnal69 - Ilmuwan IBM telah memperkenalkan teknologi chip baru yang mengintegrasikan perangkat listrik dan optik pada bagian yang sama silikon, memungkinkan chip komputer untuk berkomunikasi menggunakan pulsa cahaya (bukan sinyal listrik), menghasilkan chip yang lebih kecil, lebih cepat dan lebih hemat daya daripada mungkin dengan konvensional

Teknologi baru, yang disebut CMOS Terpadu Silikon Nanophotonics, adalah hasil dari satu dekade pembangunan di laboratorium penelitian IBM global. Teknologi yang dipatenkan akan berubah dan memperbaiki cara berkomunikasi chip komputer - dengan mengintegrasikan perangkat optik dan fungsi langsung ke sebuah chip silikon, memungkinkan lebih dari 10X peningkatan kepadatan integrasi daripada yang layak dengan teknik manufaktur saat ini.

IBM mengantisipasi bahwa Silicon Nanophotonics secara dramatis akan meningkatkan kecepatan dan kinerja antara chip, dan selanjutnya komputasi ambisius perusahaan program exascale, yang bertujuan untuk mengembangkan sebuah superkomputer yang dapat melakukan satu juta triliun kalkulasi - atau exaflop sebuah - dalam single kedua. Sebuah superkomputer exascale akan mencapai sekitar seribu kali lebih cepat daripada mesin tercepat saat ini.

"Perkembangan teknologi Silicon Nanophotonics membawa visi interkoneksi optis on-chip lebih dekat dengan kenyataan," kata Dr TC Chen, wakil presiden, Sains dan Teknologi, IBM Research. "Dengan komunikasi optik tertanam ke dalam chip prosesor, prospek bangunan sistem komputer hemat energi dengan kinerja di tingkat exaflop adalah salah satu langkah mendekati kenyataan."

Selain menggabungkan perangkat listrik dan optik pada satu chip, teknologi IBM baru dapat diproduksi di ujung-depan garis manufaktur CMOS standar dan tidak memerlukan perkakas baru atau khusus. Dengan pendekatan ini, transistor silikon dapat berbagi lapisan silikon yang sama dengan perangkat silikon nanophotonics. Untuk membuat pendekatan ini mungkin, peneliti IBM telah mengembangkan sebuah suite terpadu perangkat ultra-kompak silikon aktif dan pasif nanophotonics yang semuanya skala bawah dengan batas difraksi - ukuran terkecil yang optik dielektrik mampu.

"Kami CMOS Terpadu terobosan Nanophotonics janji peningkatan belum pernah terjadi sebelumnya dalam fungsi silikon chip dan kinerja melalui komunikasi daya rendah di mana-mana optik antara rak, modul, keripik atau bahkan dalam satu chip tunggal itu sendiri," kata Dr Yurii A. Vlasov, Manajer Silicon Nanophotonics Departemen di Penelitian IBM. "Langkah berikutnya dalam kemajuan ini adalah untuk menetapkan manufakturabilitas proses ini dalam pengecoran komersial dengan IBM dalam skala proses CMOS."

Dengan menambahkan modul pengolahan hanya sedikit lebih ke aliran fabrikasi CMOS standar, teknologi memungkinkan berbagai komponen silikon nanophotonics, seperti: modulator, photodetectors germanium dan ultra-kompak-divisi panjang gelombang multiplexer untuk diintegrasikan dengan performa tinggi analog dan digital CMOS sirkuit. Akibatnya, satu-chip transceiver optik komunikasi sekarang dapat diproduksi dalam pengecoran CMOS standar, bukan dirakit dari beberapa bagian yang dibuat dengan teknologi semikonduktor senyawa mahal.

Kepadatan integrasi optik dan listrik yang ditunjukkan oleh teknologi baru IBM belum pernah terjadi sebelumnya - saluran transceiver tunggal dengan semua sirkuit optik dan listrik atas hanya menempati 0.5mm2 - 10 kali lebih kecil dari yang sebelumnya diumumkan oleh orang lain. Teknologi ini setuju untuk membangun transceiver chip tunggal dengan luas sekecil 4x4mm2 yang dapat menerima dan mengirimkan lebih dari Terabits per detik yang melebihi satu triliun bit per detik.

Perkembangan CMOS Terpadu Silikon Nanophotonics merupakan puncak dari serangkaian kemajuan terkait dengan IBM Research yang mengakibatkan pengembangan sangat skala front end terintegrasi Nanophotonics komponen untuk komunikasi optik. Milestone tersebut meliputi:

    * Maret 2010, IBM mengumumkan Germanium Longsor photodetektor bekerja di 40GB belum pernah terjadi sebelumnya / s dengan tegangan CMOS kompatibel serendah 1.5V. Ini adalah potongan terakhir dari teka-teki yang melengkapi perkembangan sebelumnya dari "toolbox nanophotonics" dari perangkat yang diperlukan untuk membangun chip-on interkoneksi.

    * Maret 2008, ilmuwan IBM mengumumkan nanophotonic switch terkecil di dunia untuk "mengarahkan lalu lintas" dalam komunikasi optis on-chip, memastikan bahwa pesan-pesan optik dapat secara efisien dialihkan.

    * Desember 2007, ilmuwan IBM mengumumkan pengembangan sebuah modulator silikon ultra-kompak elektro-optik, yang mengubah sinyal listrik menjadi pulsa cahaya, sebuah prasyarat untuk memungkinkan komunikasi optis on-chip.

    * Desember 2006, ilmuwan IBM menunjukkan nanophotonic silikon delay line yang digunakan untuk penyangga selama byte informasi yang disandikan dalam pulsa optik - sebuah persyaratan untuk membangun buffer optik untuk komunikasi optis on-chip.

Rincian dan hasil dari upaya penelitian dilaporkan dalam presentasi yang disampaikan oleh Dr Yurii Vlasov pada industri semikonduktor SEMICON konferensi besar internasional yang diselenggarakan di Tokyo pada tanggal 1 Desember 2010. Pembicaraan ini berjudul "CMOS Terpadu Silicon Nanophotonics: Mengaktifkan Teknologi untuk Exascale Sistem Komputasi," co-ditulis oleh William Green, Salomo Assefa, Alexander Rylyakov, Clint Schow, Folkert Horst, dan Yurii Vlasov IBM's TJ Watson Research Center di Yorktown Heights, NY dan IBM Zurich Research Lab di Rueschlikon, Swiss.

Informasi tambahan tentang proyek dapat ditemukan di http://www.research.ibm.com/photonics.