Enèji-efikas, wo-pèfòmans Computing nan lavni an

Pwogrè yo fenomenn nan teknoloji informatique sou de dènye deseni ki sot pase yo te pèmèt pa Dennard, 1, dekale selon amelyorasyon sa yo eksponansyèl nan efikasite pouvwa ak pèfòmans ak efikasite pri-nan teknoloji Silisyòm swivi amelyorasyon Lwa Moore an nan entegre plis aparèy sou chak chip. Pandan nou ap rantre atomik litografik echèl, nan fen Dennard dekale mete pwochen ogmantasyon de endistri a informatique a an danje. Multicore processeurs te bay yon repi pou yon ti tan soti nan stagnation kalite frekans revèy CPU, men kreye defi redoutable pwogramasyon, ak kondui architectures sistèm jodi a nan direksyon pou nivo ekstrèm nan rapò dezekilib kominikasyon-a-kalkil! Ane pase a, Intel rechèch te anonse yon ekip 80-debaz Etwal Polè chip ki kapab 1 TeraFlops. Li espere ke bato òdinatè nan 2020 pouvwa gen ladan 1000 am ak ultra mas volimik ki wo aparèy nanometrik depase 10 TeraFlops nan pèfòmans. Tandans sa a projet nouvo defi nan kominikasyon ak kondisyon pouvwa.

Bell, Szalay, ak Gray 2 konvenkant diskite enpòtans ki genyen nan sistèm yo balanse enfòmatik. Lalwa Amdahl a sijere ke yon sistèm ki gen kalkil balanse ak kominikasyon fè pi bon an nan pifò sikonstans. A 10 Teraflop chip ta mande pou yon Pleasant D nan 100 TB / s pou yon achitekti ekilibre. Sa a se ven fwa pi gwo pase mwayèn 5 trafik sou entènèt la TB / s nan peyi Etazini a jodi a! Enplikasyon Pli lwen nan lwa Amdahl la yo se ke 10 TeraFlop sistèm nan ap bezwen yon teraokte 10 nan RAM ak 100 TB / Pleasant s I / O. Nan pratik, ki kantite broch nan drakm bato yo rete relativman chanje akòz kontrent anbalaj ak se pri ki siyal finalman limite pa kontrent pouvwa. Sa yo dezekilib ap grandi ak kontrent te kondwi architectures òdinatè nan deseni ki sot pase yo plizyè yo evolye nan chèche solisyon pèfòmans konpwomèt, pou egzanp, nan mete aksan sou lokalite ak yerachi nan done aksè ak debi limite.

Fotonik konèkteur ofri yon solisyon sans teknoloji ki fondamantalman chanjman konsiderasyon yo konsepsyon informatique achitekti. Optik bay debi ultra-segondè yo, gen aksè latans minim, ak ba dissipation pouvwa ki rete endepandan de kapasite ak distans. Pou yon distans plis pase yon milimèt kèk, efikasite nan enèji nan siyal elektrik se tipikman ~ 10 PJ / ti jan (ki ekivalan ak 10 MW ~ / GB / yo), epi jenerasyon kap vini pouvwa redwi sa a ~ 2 ti jan PJ / 3. Ak 10 PJ / ti jan, 1000 Watts ki nesesè jis sipò Pleasant a D a 100 TB / s. Lyen kominikasyon optik ki baze sou fotonik nanometrik Silisyòm yo te montre kapasite nan opere nan 100 fj / ti jan, ak modifikasyon nan lavni pou pote li desann nan 10 fj / ti jan 4, 5. Anplis efikasite nan enèji, anpil nan pwoblèm sa yo fondamantal fizik ki gen konèkteur yo dirèkteman adrese nan platfòm nan teknoloji optik, ki gen ladan distribisyon revèy egzak, 6, transparans to ti kras, ak rediksyon pouvwa, san yo pa enkyetid pou 7 enpedans, dyafoni, vòltaj izòlman, peny Inductance, deformation siyal, ak latansi repetition-pwovoke. Ogmante Pleasant la drakm pa yon faktè de ~ 100 sou chak peny ka potansyèlman revolusyone sistèm informatique nan lavni. Multiwavelength fotonik konèkteur nan drakm la I / O ka anvizaje reyalize sa a pèfòmans nan yon tan évolutive.

Opòtinite pou optik konèkteur 8, 9 nan tablo-a tablo-yo ak etajè-a-etajè kominikasyon se deja byen dokimante. Opòtinite enteresan egziste nan longèdonn routage rkonfigurasyon koneksyon a-wo kapasite nan longèdonn miltip diminye epi ogmante argiman debi sistèm-lajè  10, 11. Pwogrè resan yo nan Silisyòm teknoloji nanophotonic konpatib ak nanoelèktronik ofri posibilite nouvo nan ka akonpli sistèm informatique nan lavni ak yon fondamantalman achitekti nouvo. CMOS-konpatib Silisyòm fotonik ofri yon platfòm pratik pou routage ak transpòte milti-longèdonn siyal optik entè-konekte elektwonik processeurs ak memwa lè l sèvi avèk menm pwosesis yo fabwikasyon CMOS ke yo itilize nan FOUNDRIES a jodi a.

Ki kapab, yo ka yon konbinezon de wo-sede, inifòmite-wo, ak pwodiktivite segondè-volim nan CMOS pwosesis dwe aplike nan Silisyòm fotonik reyalize interconnexion pri ki ba-yo ak-wo kalite optik nan processeurs informatique ak memwa. Figi 1 (b) montre yon egzanp sou yon sistèm konsa nan twa kouch: optik interconnexion, memwa, ak plan processeur tout fabrike pa CMOS pwosesis konpatib. Ki kapab, tankou yon sistèm ka grandi nan yon sistèm ~ nwayo 1000 optik konekte pa 100 1000 ~ longèdonn kote yon achitekti informatique aplati vin posib. Figi 1 (a) montre yon egzanp ki montre yon sant supercomputing eta-of-atizay la konekte sou entènèt nan yon milti-niveau, sistèm yerarchik konekte kote paralèl pwogram dwe konsidere lokalite nan processeurs ak memwa.

Pratik Silisyòm fotonik ta dwe konsidere tou athermal operasyon nan kont pou varyasyon tanperati a soti nan nwayo-nan nwayo-pa> 15 º C. Kòm Figi 1 (c) montre, konsepsyon an tèrmik lot konpanye plat ond 13 reyalize tanperati operasyon endepandan atravè 100 seri tanperati OC. Figi 2 a montre Travès la interconnexion optik (a) achitekti ak (b) chip fabrike kote ke silikon fotonik mikwo-rezonateur bay longèdonn depandan routage ak interconnexion.

Efò nou pral kouvri sa yo senk travay yo :

• Objektif Travay la 1: Computing Achitèk System ak Syans Aplikasyon
• Objektif Travay la 2: nanotèknoloji
• Objektif Travay la 3: System-sou-Chip entegrasyon
• Objektif Travay la 4: Testbed ak Syans Aplikasyon, ak Pwojè Evalyasyon
• Objektif Travay la 5: Outreach, transfòmativ Rechèch ak Edikasyon