工程师演示了第一个使用光进行超快速通信的处理器

这种封装的电子光子处理器微芯片在照明下显示了芯片的主要特征。从芯片发出的光线被绘制以显示处理器使用光与外界对话。图片来源:Glenn J. Asakawa,科罗拉多大学
    工程师们已经成功地将电子和光子结合在一个单芯片微处理器中,这是一个里程碑式的开发,为超快,低功耗数据处理打开了大门。
                                
                                       
         
        
        
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      研究人员将两个处理器内核与超过7000万个晶体管和850个光子元件组装在一个3×6毫米的芯片上。他们在一家大规模生产高性能计算机芯片的代工厂中制造微处理器,证明他们的设计可以轻松快速地扩展到商业生产。
12月24日发表在“自然”杂志印刷期刊上的论文中描述了这种新芯片,标志着光纤通信技术发展的下一步,即通过将光子互连或输入和输出集成到微处理器中(I / O),需要与其他芯片交谈。
这是一个里程碑。弗拉基米尔·斯托亚诺维奇(VladimirStojanović)是加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学副教授,他领导了该芯片的开发,它是第一个可以利用光与外部世界进行通信的处理器。没有其他处理器在芯片中具有光子I / O.
Stojanović和加州大学伯克利分校的教授KrsteAsanović与麻省理工学院的Rajeev Ram和科罗拉多大学博尔德分校的MilosPopović合作开发了新的微处理器。
这是我们第一次将系统放在一起,并且实际上做了一些有用的事情,比如运行程序,Asanović说,他帮助开发了名为RISC-V(精简指令集计算机)的免费开放式架构,使用过由处理器。
带宽更大,功耗更低
与电线相比,光纤支持更大的带宽,在更远的距离上以更低的能量传输更多数据。虽然光通信技术的进步极大地改善了计算机之间的数据传输,但将光子技术带入计算机芯片本身却很困难。

    
    
             
           
         
        该视频提供了芯片的动画概述,处理器测试设置的描述以及处理器运行程序的演示。图片来源:Sun等。
那是因为直到现在还没有人想出如何将光子器件集成到用于生产计算机芯片的相同复杂且昂贵的制造工艺中而不改变工艺本身。这样做是关键,因为它不会进一步增加制造成本或制造的晶体管的风险失败。
                                        
        
        
        
        
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研究人员通过使用光子互连来运行各种计算机程序,要求它发送和接收来自存储器的指令和数据,从而验证了芯片与光子互连的功能。他们表明,该芯片的带宽密度为每平方毫米300千兆位/秒,比目前市场上的纯电子微处理器大约高10到50倍。
芯片上的光子I / O也是节能的,每位仅使用1.3皮焦耳,相当于每秒传输1兆兆位数据消耗1.3瓦的功率。在实验中,数据被发送到10米外的接收器并返回。
研究共同主要作者陈孙,最近加州大学伯克利分校博士说,光学的优势在于,在相同的功率下,你可以走几厘米,几米或几公里。毕业于伯克利无线研究中心的Stojanovićs实验室。对于高速电气链路,在需要中继器重新生成电信号之前,1米大约是极限,这会迅速增加所需的电量。对于行驶1公里的电信号,每个位需要数千皮焦耳。
这一成就打开了通向带宽需求的新时代的大门。该技术的一个近期应用是使数据中心更加绿色。根据自然资源保护委员会的数据,2013年数据中心耗电量约为910亿千瓦时,约为2%

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