IBM展示硅光子芯片，消費(fèi)級(jí)超級(jí)計(jì)算不遠(yuǎn)了

眾多令人興奮的下一代技術(shù)之一是硅光子技術(shù)，它在大幅度降低系統(tǒng)功耗的同時(shí)提升帶寬。這種“芯片到芯片(chip-to-chip)”的通信方法利用硅作為光的介質(zhì)，在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候不僅在性能上勝于傳統(tǒng)的銅線，在耗能上更是減低到難以置信的水平。日前，IBM宣布將硅光子技術(shù)提升到一個(gè)顯著的水平，把硅光子芯片集成到與CPU相同的封裝尺寸。這意味著，超級(jí)計(jì)算的消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)在不遙遠(yuǎn)的未來(lái)。

到目前為止，硅光子技術(shù)在高性能計(jì)算HPC和“百億億次（exascale）”級(jí)計(jì)算中，一直是主要的研究領(lǐng)域。而且該技術(shù)被認(rèn)為是超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)期發(fā)展至關(guān)重要的一部分。

正如上圖所展示的，要達(dá)到每秒億億次計(jì)算exaflop，需要更多的寬帶以及更高的能效，對(duì)于一點(diǎn)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA主管Bob Colwell表示，無(wú)論任何情況都無(wú)法達(dá)成。如果通過(guò)光子提供數(shù)量級(jí)更多的連接，每Gb帶寬能耗將僅為1mW，帶寬成本也只需2.5美分。相比于現(xiàn)在10美元，這種技術(shù)方案更有優(yōu)勢(shì)。

上面的圖片顯示，當(dāng)前硅光子技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，連接器被集成到主板端。IBM的最新研究已經(jīng)成功把硅光子陣列“轉(zhuǎn)移”到CPU封裝中，盡管還沒(méi)有將其集成到CPU中。

打造硅光子芯片最大的難點(diǎn)是，在芯片封裝上引入導(dǎo)波技術(shù)(waveguides)。目前的硅光子技術(shù)多數(shù)是將設(shè)備和收發(fā)器安裝在靠近主板的一端，而沒(méi)有將布線延伸到封裝中。為了實(shí)現(xiàn)引入導(dǎo)波技術(shù)，IBM開(kāi)發(fā)出連接硅和聚合物的導(dǎo)波技術(shù)，而不管兩者之間巨大的尺寸差異。這是通過(guò)逐漸減少硅波導(dǎo)和精確調(diào)整兩步來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

雖然通過(guò)光來(lái)傳輸個(gè)人電腦數(shù)據(jù)的概念已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，但是我們無(wú)法在短期內(nèi)遇見(jiàn)這一項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的消費(fèi)市場(chǎng)的變化。硅光子技術(shù)一直作為百億億次級(jí)計(jì)算研究?jī)?nèi)容，卻沒(méi)有進(jìn)行消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)鋪開(kāi)的原因是，高性能計(jì)算HPC所需的寬帶和耗能是銅線無(wú)法提供支持的。而且只有那些需要百億億次級(jí)計(jì)算的機(jī)構(gòu)才能承擔(dān)起高昂的研發(fā)成本，而普通人，想想就好了。

有很多人確信硅光子技術(shù)將會(huì)成為主流應(yīng)用，只不過(guò)不是現(xiàn)在。英特爾至少會(huì)等到該技術(shù)可以集成到設(shè)備中才動(dòng)手。而且硅光子技術(shù)還有一系列的問(wèn)題，比如如何與3D疊層芯片封裝技術(shù)（3D chip stacking）融合。預(yù)計(jì)在至少需要5年甚至7-10的時(shí)間，該技術(shù)才能廣泛應(yīng)用。

via：extremetech、phys

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