Фотонен процесор е готов за серийно производство

Архитектура на чипа с фотонна система за вход/изход: отляво – оптични светодиоди, вдясно долу – две стандартни изчислителни ядра, отгоре – памет

Изследователи от няколко американски университета създадоха процесор, който обменя данни с други компоненти на изчислителната система с помощта на светлина вместо електрони. Чипът е готов за серийно производство, твърдят от екипа, сформиран от учени на Масачузетския технологичен институт, Калифорнийския университет в Бъркли и Университета Колорадо.

Фотонният процесор има размери 3х6 мм, две изчислителни ядра с над 70 млн. транзистора и 850 елемента за предаване на светлина. Чипът се базира на архитектура RISC-V и е направен от традиционни за микроелектрониката материали като силиций и германий.

„Това е първият процесор, който използва фотони за свързване с външния свят. Нито един друг чип в света не притежава фотонна система за вход/изход”, казва ръководителят на проекта Владимир Стоянович – ръководител катедра по електротехника и компютърни науки в Калифорнийския университет.

В сравнение с традиционните оптични канали, фотонната система има по-висока пропускателна способност, позволява предаване на повече данни на по-високи скорости, на по-големи разстояния и с по-малки загуби.

Въпреки очевидните предимства на фотониката обаче, нейното внедряване е доста трудно. До този момент никой не е успял да постигне интеграция на оптичните компоненти в сложните производствени процеси за пускане на съвременни чипове, без кардинално да ги промени.

Учените са тествали работоспособността на чипа, пускайки на него редица програми, които заставят процесора да изпълнява изчислителни операции, да приема и изпраща данни в оперативната памет през оптична връзка. Установено е, че процесорът обезпечава скорост на предаване на данни от 300 гигабита в секунда на квадратен милиметър, което е 10-50 пъти повече, в сравнение със съвременните процесори, обменящи данни с останалите компоненти по метални проводници.

Процесорът с фотонна система за вход/изход има сериозно предимство и в консумацията на енергия – тя е само 1,3 пикоджаула на бит предадена информация, което е еквивалентно на 1,3 вата за предаване на 1 терабит данни в секунда. В тестови условия е постигнато предаване на данни на разстояние 10 метра.

Новият тип процесор може да намери приложение в центровете за данни, където ниската консумация на енергия е от ключово значение. Учените вярват, че чиповете, които обединяват оптични компоненти с електрически вериги, могат да се произвеждат в промишлени обеми в съществуващите заводи, без да се налага сериозна модернизация.

Вече са създадени две стартиращи компании, свързани с проекта. SiFive ще се занимава с комерсиализация на процесорите с архитектура RISC-V, а Ayar Labs ще разработва фотонни системи за вход/изход. По-рано тази година Ayar Labs (преди OptiBit) получи награда от Масачузетския технологичен институт.