На прошлой неделе компания IBM сообщила о значительном успехе в разработке технологии, которая может стать ключевой в создании суперкомпьютеров будущего. Речь идет об электрооптическом модуляторе, приборе, который позволит заменить проводные соединения между компонентами суперкомпьютера оптическими. Образно говоря, потоки электронов уступят место потокам фотонов, с помощью которых ядра будущих суперкомпьютеров будут обмениваться информацией между собой. По мнению ученых, применение света вместо электрического тока позволит радикально уменьшить размер систем и их энергопотребление, одновременно повысив быстродействие.
Созданный в лабораториях IBM кремниевый электрооптический модулятор Маха-Цендера (Mach-Zehnder) преобразует электрические сигналы в световые. Он в 100-1000 раз компактнее, чем аналогичные устройства, созданные ранее. Это открывает возможность использования модулятора в однокристальных системах — как говорится, в официальном пресс-релизе, целая оптическая сеть может быть интегрирована в одной микросхеме. В свою очередь, это позволит существенно снизить стоимость, энергопотребление и тепловыделение, увеличив пропускную способность каналов связи между ядрами, не менее чем в сотни раз по сравнению с решениями, использующими проводные соединения.
На верхней иллюстрации показано устройство прибора. Его основой являются «кремниевые нанофотонные волноводы», которые служат для управления потоками фотонов в кремниевом кристалле. Волноводы из тонких кремниевых полосок (показаны лиловым), диаметр которых в 200 раз меньше, чем диаметр человеческого волоса, сформированы на подложке SOI («кремний на изоляторе»). Электрические сигналы поступают к ним по электродам (желтый цвет). Электрические заряды («дырки» — зеленые, электроны — красные) инжектируются в волновод, изменяя оптические свойства кремния и выполняя функцию модуляции.
Нижняя иллюстрация поясняет схему работы модулятора. Входной луч лазера (показан красным) попадает в модулятор (коробочка с логотипом IBM). Модулятор, работая, как очень быстродействующий затвор, позволяет управлять лучом при помощи электрических сигналов. Когда электрический импульс (бит «1», отмечен желтым цветом) подается на модулятор, световой импульс получает возможность пройти через модулятор. Когда электрического импульса нет (бит «0»), модулятор закрыт и блокирует проход светового потока. Так, модулируя поток фотонов, прибор преобразует электрический сигнал в серию световых импульсов.
Если все пойдет так, как ожидают ученые, по размеру и энергопотреблению суперкомпьютеры будущего будут напоминать сегодняшние ноутбуки.
Источник: IBM