Ienest gaismu datoros

IBM pētnieki nesen paziņoja par nanomēroga silīcija slēdzi, kas var virzīt triljoniem bitu datu sekundē optiskajā tīklā. Pētnieki saka, ka slēdzis varētu ļaut personālajā datorā iekļaut telekomunikāciju tīkla ātrumu un joslas platumu. Šis ir arvien svarīgāks mērķis inženieriem, jo ​​viņi meklē labāko dizainu nākotnes daudzkodolu iekārtām — datoriem ar vairāk nekā vienu apstrādes centru.

Satiksmes vadīšana: IBM ir izstrādājis silīcija slēdžus, ko var izmantot, lai kontrolētu datu plūsmu mikroshēmas optiskajos tīklos. Katrs no astoņiem iepriekš minētajiem slēdžiem ir izgatavots no pieciem gredzenveida rezonatoriem. Attēls uzņemts ar optisko mikroskopu.

Šis progress sniedz pētniekiem lielāku kontroli pār to, kur biti tiek novirzīti optiskajā tīklā, kas ir mazāks par nagu. Mēs runājam par terabitu sekundē, izmantojot vienu slēdzi, saka Viljams Grīns, IBM pētnieks, kurš strādāja pie projekta. Šāda veiktspēja ir salīdzināma ar to, kas tiek sasniegts ar ļoti lieliem telekomunikāciju šķiedru optikas aprīkojuma statīviem.

Mūsdienu augstākās klases datori ir aprīkoti ar diviem vai četriem vispārīgiem apstrādes kodoliem, taču nākamajā desmitgadē inženieri plāno izveidot datorus ar desmitiem kodolu. Viena no galvenajām problēmām, veidojot daudzkodolu iekārtu, ir tā, ka nav skaidrs, kā ļaut visiem kodoliem efektīvi sazināties savā starpā un ar citiem datora komponentiem, kas atrodas ārpus mikroshēmas, piemēram, atmiņu. Pašlaik visa šī saziņa tiek veikta pa metāla vadiem, kas ir iegravēti mikroshēmās un shēmas platēs. Bet vadiem ir raksturīga pretestība, kas ierobežo datu pārraides ātrumu. Turklāt plūstošie elektroni var radīt elektriskus traucējumus un siltumu, kas var izraisīt aprēķinu kļūdas.

Optiskās ierīces un viļņvadi, kas iebūvēti tajā pašā silīcijā, ko izmanto mikroshēmu izgatavošanai, ir daudzsološas alternatīvas elektroniskajiem komponentiem un metāla vadiem. Dažu pēdējo gadu laikā šajā jomā, kas pazīstama kā silīcija fotonika, ir notikušas lielas aktivitātes no IBM, Intel, Sun Microsystems, Hewlett Packard, MIT, Kolumbijas universitātes un Dienvidkalifornijas universitātes. Pētnieki ir nepārtraukti radījuši arvien efektīvākas uz silīcija bāzes izgatavotas ierīces, piemēram, lāzerus, modulatorus, kas kodē datus gaismā, detektorus un filtrus, kas attīra signālus, kad tie pārvietojas tīklā. Faktiski uzņēmumam Sun Microsystems nesen tika piešķirts ASV Pentagona līgums par 44 miljoniem USD, lai izpētītu metodes metāla vadu aizstāšanai ar gaismas stariem.

Lai gan ir daudz elementu, kas ir nepieciešami iekšdatora optiskajiem tīkliem, IBM paziņojums par pāreju ir svarīgs solis, lai padarītu šādu sistēmu praktisku. Silīcija fotonikā ir panākts liels progress, saka Foršais Bergmanis , elektrotehnikas profesors Kolumbijas Universitātē, bet IBM slēdzis ir ļoti svarīgs, lai varētu izveidot optiskos tīklus mikroshēmās. Tā kā ierīce novirza dažādus gaismas viļņu garumus uz dažādām mikroshēmas vai sistēmas daļām, inženieriem nav jāveido viļņvadi no punkta uz punktu katram sistēmas galamērķim. Tas ļauj efektīvāk ģenerēt un novirzīt fotonus uz vairākiem galamērķiem, saka Bergmans.

IBM slēdzis, kas aprakstīts nesen publicētajā rakstā Dabas fotonika , ir izgatavots no savienotiem, rezonējošiem gredzeniem, kas iegravēti silīcijā. Gredzeni ir tikai 200 nanometrus garš — daudz mazāki par optisko šķiedru izmēriem, kas parasti nes gaismu. Kad slēdzis ir ieslēgts, elektroni tiek nosūtīti uz noteiktu gredzenu. Šie elektroni maina veidu, kā gredzens rezonē, kas efektīvi bloķē gaismas iekļūšanu cauri. Gaisma atlec no rezonatora un tiek atspoguļota citā virzienā.

Dizains ir unikāls vairāku iemeslu dēļ, skaidro Grīns. Pirmkārt, slēdzis nefiltrē gaismu, pamatojoties uz tā viļņa garumu, atšķirībā no slēdžiem, ko izmanto telekomunikāciju tīklos, kuriem ir jānovirza noteikta veida gaisma uz noteiktiem galamērķiem. Un jo vairāk gaismas viļņu garumu tiek izlaists caur mikroshēmas tīklu, jo lielāks ir pieejams joslas platums.

Otra atšķirīgā īpašība, kā norāda Green, ir tāda, ka IBM slēdzis spēj izturēt aptuveni 30 °C svārstības, kas ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu tīkla uzticamību. Grīns saka, ka jebkurā konkrētajā mikroprocesorā uz mikroshēmas virsmas pārvietojas karstie punkti atkarībā no skaitļu sagraušanas. Ja šie optiskie starpsavienojumi ir sadalīti pa visu virsmu, viņš saka, inženieriem ir jāpārliecinās, ka karstie punkti nemaina ierīču īpašības, lai dati varētu nokļūt katrā mikroshēmas galā nemainīgi. Grīns saka, ka slēdža temperatūras noturība daļēji ir saistīta ar vairāku gaismas viļņu garumu caurlaidību. Mainot temperatūru, slēdzis maina arī īpašības, kas izraisa dažu gaismas viļņu garumu bloķēšanu. Bet, tā kā slēdzis bija paredzēts plaša spektra maršrutēšanai, tas joprojām var darboties vidē ar mainīgu temperatūru.

Grīns saka, ka varētu paiet pieci līdz desmit gadi, pirms šis slēdzis nonāks komerciālā iekārtā. IBM jau ir izgatavojis īpaši mazus optiskos silīcija modulatorus, taču viņš saka, ka modulatora, slēdža un citu komponentu integrēšana ar mikroshēmu elektroniku prasīs vairākus gadus.

Patiešām, silīcija fotonikas solījums rada jaunu izaicinājumu: kā pārveidot datoru, lai tas sazinātos ar gaismu, nevis ar elektroniem. Kā jūs veidojat savstarpēji savienotu tīklu, kas patiešām izmanto optiku? jautā Bergmanis. Viņa saka, ka jūs nevarat ievērot elektronikas tīkla projektēšanas noteikumus. Ir daudzas lietas, kas, virzoties uz priekšu, dramatiski attīstīsies.

paslēpties