Gjennombrudd for delvis optiske prosessorer

Lyssignaler mellom prosessorkjerner kan gjøre supermaskiner like små som bærbare PC-er, sier IBM.

I dagens prosessorkjerner ordnes sambandet mellom kjernene med kopperledninger. IBM mener disse ledningene kan erstattes med optiske forbindelser nedfelt i selve silisiumet. Gitt at flerkjerneteknologien fortsetter å miniatyriseres, tror IBM man i framtiden vil kunne framstille brikker med tusener av kjerner som kommuniserer seg i mellom over optiske forbindelser.

Det innebærer at supermaskiner som i dag består av tusener av prosessorer koplet sammen gjennom kilometerlange kopperledninger, og der strømforbruket tilsvarer mange hundre vanlige hjem, vil kunne framstilles i enheter på størrelse med en bærbar PC, og ikke kreve mer energi enn en lyspære.

Siden prosessorkjernene lager elektriske signaler, kreves det noe som gjør om disse til lyssignaler for å formidle informasjon over optiske forbindelser. Dette er en elektro-optisk modulator.

IBM sier de har framstilt en elektro-optisk modulator som kan sende signaler 100 ganger raskere og trekke bare en tidel av strømmen i forhold til en tilsvarende kopperforbindelse.

Det går fram av en artikkel offentliggjort i går i en artikkel i fagtidsskriftet Optics Express : «Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator», av William M. J. Green, Michael J. Rooks, Lidija Sekaric og Yurii A. Vlasov, alle fra IBMs forskningssenter Watson Research Center i Yorktown Heights i delstaten New York.

En Mach-Zehnder modulator er en enhet som konverterer elektriske signaler til lyssignaler. I dette tilfellet skal modulatoren ta i mot strømsignaler fra en prosessorkjerne, og konvertere dem til lyssignaler.

Gjennombruddet består i at IBMs modulator er redusert til nanodimensjoner: Den er 100 til 1000 ganger mindre enn noen annen modulator som er vist hittil. Samtidig er den minst hundre ganger så rask som løsningene man har i dag for å overføre digitale signaler mellom prosessorkjerner, og trekker bare en tidel av strømmen.

Skissene til høyre viser hvordan IBMs elektro-optiske modulator fungerer. En laser sender lys gjennom silisiumlaget midt i skissene (merket «i» på den nederste skissen). De to lilla stripene på hver side av dette laget er såkalte «nanofotoniske bølgeavgrensere», også i silisium, som hindrer lyset fra å spre seg til andre områder i modulatoren. De er «dopet»: De er negativ ladet («n») på høyre side, og positivt laget («p») på venstre side.

Det gule på hver side er elektroder i gull som formidler digitale signaler fra en prosessorkjerne til området som mottar lys fra laseren. Disse signalene påvirker konsentrasjonen av henholdsvis hull og elektroner i laget mellom bølgeavgrenserne («i-laget»), og dette påvirker igjen de optiske egenskaper til dette laget. Det fungerer som en slags lukkemekanisme, i takt med strømsignalene. Med andre ord: Lyset moduleres av de digitale signalene fra prosessorkjernen, og formidler den samme informasjonen.

Til toppen