Технология CMOS Integrated Silicon Nanophotonics обещает многократно увеличить скорость коммуникаций внутри кристаллов. Фото: IBM. Электрические сигналы, формирующиеся на уровне транзисторов, преобразуются в световые импульсы, в силу чего повышается скорость обмена данными между чипами, как пояснил Уилл Грин, ученый из IBM, специализирующийся в направлении, называемом кремниевой фотоникой.

Применение этой технологии в суперкомпьютерах приведет к радикальному - в тысячи раз увеличению их вычислительной мощности. Сейчас производительность суперкомпьютеров измеряется единицами петафлопсов, то есть тысячами триллионов плавающих операций в секунду.

Фотонные технологии могут повысить этот показатель до миллиона триллионов операций. Таким образом, корпорация IBM осуществит свою цель построить к 2020 году суперкомпьютер экзамасштаба.

«В системе экзамасштаба между компонентами передаются экзабайты данных в секунду, — пояснил Грин. — Для исследователей, которые стремятся к созданию системы такого масштаба, поддержка передачи на столь высоких скоростях представляет важный рубеж».

Множество фотонных модулей могут быть, по мнению Грина, интегрированы на единой кремниевой пластине или на системной плате. В новейших суперкомпьютерах для организации взаимодействия уже использутся оптические технологии, но, главным образом, — для организации межсоединений на уровне вычислительной стойки и, как правило, на одной длине волны. Революционный характер достижения исследователей IBM состоит в том, что оптическая передача данных будет вестись одновременно на волнах разной длины.

Производство электронных компонентов в соответствии с данной технологией можно огранизовать на типовых производственных линиях без специального инструментария, что делает новую технологию весьма экономичной. Корпорация уже продемонстрировала первые результаты с использованием мощностей по производству КМОП-чипов с нормой проектирования 130 нм, но намерена работать над переносом производства на гораздо более "глубоко масштабированные техпроцессы",  сказал Грин.

Новая технология предполагает отказ от широко используемых для передачи данных между электронными компонентов медных проводников. Оптическая передача возможна на расстояния от нескольких сантиметров до нескольких километров, при этом потребление энергии существенно сокращается.

В IBM рассчитывают в будущем найти способ использовать оптику для передачи данных и внутри чипов. "У нас есть идеи по поводу передачи внутри чипа, но сегодня говорить об этом слишком рано", — признал Грин.

Корпорация Intel также ведет исследования в кремниевой нанооптикие, ориентированные на использование света на уровне кремния, но пока не продемонстрировала убедительных примеров практических достижений в сфере интеграции фотоники и электроники.

Сегодняшних результатов в области нанофотоники в IBM достигли после нескольких десятилетий исследований в лабораторих корпорации по всему миру. Помимо высокопроизводительных вычислений, новые технологии можно будет использовать, например, в сетях передачи данных.

"Главное, что мы имеем научный базис,  который будет основой для самых разных применений", — отметил Грин.