Mikroişlemci Interconnects'in Geleceği: Geleneksel Bus'tan Optik Bağlantılara

Mikroişlemci Interconnects'in Evrimi

Yüksek hesaplama performansının sürekli olarak takip edilmesi, yapay zeka, gerçek zamanlı analitik ve yüksek performanslı hesaplamalar arasında, bu yollar – interconnects olarak bilinir – elektrikli bağlantıları kullanarak inşa edilmiş, bu makale mikroişlemci araları için oldukça mütevazı veri oranları için de çalışan, gerçek zamanlı analitik ve yüksek performanslı hesaplamalar, yüksek performanslı kablolama gereksinimlerinin terabitler-per-saniye aralığına dönüştürülmesini inceler.

Mevcut Interconnect Technologies: A Foundation Under Strain

Modern mikroişlemciler, çipin kendisini anneye ve ötesinden gelen bağlantıların hiyerarşisine güveniyorlar.In the çip level, on-çipli interconnects (örneğin, ağ ağları) anahtarlamalar, önbellekler ve bellek kontrolleri arasındaki verileri hareket ettirir.Bu ağlar-on-çipli iletişim için gerekli olan HTMLCUM'ler için uygundur, ancak bunlar birden fazla bağlantı sağlar ve bu tür modları otomatik olarak tekrarlayabilirler.

Paralel olarak, Gale5 ve HBM3 gibi hafıza interconnectleri verileri 8.4 GT /s ve ötesinde itti, ancak çok temel fiziksel kısıtlamalarla karşı karşıya kalır. Anahtar nokta, elektrik bağlantılarının her nesilin giderek daha sofistike teknikler gerektirdiğidir - tam metin eşitleme, ileri hata düzeltmesi - bakır izlerinin ve dielektrik materyallerinin doğal sınırlamaları için telafi etmek.Bu teknikler geç kalmışlığı, güç tüketimini artırmak ve karmaşıklığı artırmak, tüm yükleri azaltmak için karmaşık hale getirmektir.

Front-Side Bus ve Öteki Rolü

Tarihsel olarak, Front-Side Bus (FSB) CPU ve hafıza kontrol merkezi arasındaki birincil bağlantıydı. Saat hızları arttı, FSB, pratik noktanın kabul edilmesine yol açtı, şimdi de HyperTransport ve Intel QuickPath Interconnect (QPI) gibi bağlantı noktalarına bağlı olarak, modern sistemler için kabul edilemez ve ölçeklenebilirliği artırmak için zorlanan birkaç hata oranlarına yol açabilir.

Onkör Interconnects: The Local Şişeneck

Modern multi-die işlemcide, veriler, silikonun başına gelen bir ağ üzerinden seyahat etmelidir. Geleneksel küresel teller nispeten geniştir ve şarj ve şarj kapasitesi ile önemli dinamik güç tüketmektedir. Her teknolojide gecikmeler ölçeklendirmez, aşırı derecede yüksek oranda bir "kırıklama krizi" yaratarak, bu da, geçkirsel enerji performansına bağlı olarak.

Geleneksel Busların Yüksek Bir Bakış Çağında Zorlukları

Elektrik interconnects ile karşı karşıya olan zorluklar yeni değil, ancak 112 Gb /s'e doğru giden veri oranları ve ötesindeki en kritik zorluklardır. Aşağıda geleneksel otobüsleri ve nokta elektrik bağlantıları sınırlayan en kritik zorluklar vardır.

Bu zorluklar sadece teorik değildir - elektrik bağlantılarından daha fazla performans çıkarmak için temel bir yeniden düşünmektir. Ancak bu bakır ve dielektrikler en sonunda tavana kadar adapte edilebilir bir şekilde geri dönüştürülür ve ileri paketlemeler (örneğin, 2.5D ve 3D yığınlama) yapılır.

Optik Interconnects'e doğru geçiş

Optik interconnectsler modlu ışık kullanıyor - silikon fotoniklerde yapılan bir ışıktan izole edildi - bir dalga kılavuzu veya optik fiber aracılığıyla verileri taşımak. fikir on yıllardır, ancak yakın zamana kadar, silikon elektronik parçaları ile bütünlemenin maliyeti ve karmaşıklığı doğrudan silikon parçalarıyla birlikte, elektronik çiplerle yapılan bir entegrasyona izin veriyor.

Sistem Seviyesinde Optik Interconnects Nasıl Çalışıyor

Bir bilgisayar sisteminde tipik bir optik bağlantı, bir lazer kaynağından oluşur (örneğin, ayrı bir fotonik ölüye veya entegre edilir), elektrik verilerinin ışık pulsuna, çok düşük bir kayıp ve sinyal bozulmasına yol açan bir modülatör.

Bir umut verici yapılandırma, bir fotonik entegre devre (PIC) hemen aynı paket içinde bir işlemciye veya ASIC'ye yerleştirildiğini gösteren optik izlerinin tamamını ortadan kaldırır. Bu yaklaşım, hem enerji tüketimi hem de geçkisi gibi Endüstri liderleri azaltır ve Broadcom, bir CPU ile aynı pakette yüzlerce gigabit arasında verileri hareket eden prototipler göstermiştir.

Optik Bağlantıların Avantajları

Optik Interconnects'te Future Trends and Developments in Optical Interconnects

Elektrikten optik bağlantılara geçiş iyi gidiyor, ancak önümüzdeki on yıl boyunca aşamalarda gerçekleşecektir. Araştırma laboratuvarları ve ürün yol haritaları mikroişlemci iletişimin geleceğini şekillendirecek birkaç temel gelişmeye işaret ediyor.

Silikon Fotonikleri Maturation

Silikon fotonikleri, bir niş araştırma konusundan ticari bir gerçeğe doğru ilerledi. Cisco, Intel ve Marvell gibi şirketler, hassas bir uyum gerektiren ve güvenilir endişeler sunan transceivers sunuyor.En son atılımlar hibrit IIIV / ⁇ lazerler vaat ediyor, ancak manufactability ve yaşam boyu aktif araştırma alanları devam ediyor.

CoPackaged Optik ve Optik I / O Modüller

Co-packaged optikler (CPO), ASIC ve optik motor arasındaki elektrik yolunu kısaltmak için kabul edilir. CPO'da, PIC CPU veya geçiş olarak aynı zamanda çok-çipli bir modül (MCM) konfigürasyonunda bulunan aynı zamanda, çok-çizorlu bir modül (GP) konfigürasyonu ile şarj edilmesi gereken mesafeyi azaltır.

FotonicElectronic System-in-Package (SiP)

Daha ileri bakmak, nihai görüş, sadece optik bölüm için birkaç watt içeren bir toplam otomatikleştirilmiş fotonik-elektronik sistem-in-package'dir, çünkü her bir optik I/O kanalları, her biri Gb /s'in bağlantılarında çalışır veya bir sunucu rafındaki tüm optik ağlar sağlayabilir.

Hesaplama Mimarileri Üzerine Etkisi

Düşük güç kullanılabilirliği, yüksek bant genişliği optik bağlantılar temel olarak bilgisayar sistemlerinin nasıl tasarlandığınızı değiştirecektir. Aşağıdaki etkileri göz önünde bulundurun:

Araştırma Frontiers: Beyond Silikon Fotonics

Silikon fotonikleri yakın vadeli yol yol yollara hükmediyor olsa da, diğer materyal platformları araştırılıyor. Lityum nioba modültelators aşırı düşük sürücü gerilimleri ve yüksek modülasyon hızları sunuyor, ultra-düşük bağlantıları sağlar. Plasmonik interconnects, hangi ışık düşük dalga uzun boyutlara sahip, daha yüksek yoğunlukla karşı karşıya kalır, daha yüksek lazerli kesintilere dayanan yüksek ısıtılır.

Concluding Perspektif

Mikroişlemci interconnects bir inflection noktasındadır. endüstriye sadık hizmet eden geleneksel elektrik otobüsleri, sadece akıllı mühendislik tarafından üstesinden gelinemeyen temel fiziksel sınırlara ulaşır. Optik interconnects, özellikle silikon fotonik ve ko-packaged optik kullanarak, açık bir yol sunar: daha yüksek bant genişliği, daha düşük güç, daha az gecikmeli ve daha fazla ölçeklenebilirlik.Bu durumda geçişin tek başına maliyetle sonuçlanabilir.

Teknik ayrıntılar ve endüstri ilerlemeleri hakkında daha fazla okuma için, [[Üyetim:0)Intel silikon fotonik araştırma sayfası[Dönetici:2) Optimal İnternet Çalışması[Döneticileri için][Döneticileri için)[Döneticileri kapalı alan ve yüksek çözünürlükte bir teknik araştırma sunar.