Исследователи Intel готовят смену сегодняшним многоядерным системам
На минувшем IDF в Сан-Франциско компания Intel представляла не только свои текущие технологии, но и новые разработки, которые будут внедрены в компьютеры лишь через несколько лет. Ряд исследований объединен в направление «терамасштабных вычислений» (Terascale Computing). Терамасштабными в Intel называют такие вычислительные системы будущего, в которых процессор будет обеспечивать выполнение 1 трлн. операций в секунду, иметь интерфейс взаимодействия с оперативной памятью со скоростью 1 Тбайт/с и интерфейс ввода/вывода со скоростью 1 Тбит/с.
Многоядерные терасистемы будут представлять собой новое поколение вычислительных систем, поскольку построены на иных принципах, нежели сегодняшние многоядерные разработки. Опытные образцы компонентов новой вычислительной платформы были продемонстрированы в ходе IDF.
В частности, незадолго до форума в исследовательских лабораториях Intel был создан прототип 80-ядерного процессора.
Он поддерживает простой набор инструкций, позволяющих выполнять некоторые операции с плавающей точкой и передавать данные по коммуникационной матрице между ядрами. Работая вместе, эти 80 ядер достигают производительности 1 TFLOPS. Его тактовая частота составляет 3,1 ГГц, а энергоэффективность — 10 GFLOPS на ватт.
«Если вы достигаете подобной производительности на одном чипе, то ширина канала взаимодействия с оперативной памятью становится критичной», — прокомментировал результаты директор Intel по технологиям Джастин Ратнер.
Для решения этой проблемы в Intel решили расположить микросхемы оперативной памяти непосредственно под ядрами. В прототипе под каждым ядром находится 256 Кбайт статической оперативной памяти, и в результате совокупная пропускная способность канала взаимодействия между процессором и памятью достигает 1Гбайт в секунду.
Последний компонент платформы терамасштабных вычислений — интерфейс ввода/вывода с пропускной способностью 1 Тбит/с — еще не создан, однако не так давно появились достижения и в этой области.
«За последние годы мы достигли огромного успеха в области электрической передачи сигналов: увеличили производительность USB, представили шину PCI Express и продолжаем совершенствовать эту технологию, — заявил Ратнер. — Однако, заглядывая вперед, мы видим ряд опасных моментов, которые подталкивают нас к использованию новых технологий в области высокоскоростной передачи сигналов, и, если говорить более конкретно, это фотоники».
Исследования в этой области идут уже пять лет. Прорыв был осуществлен около года назад: ученые из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре, с которыми сотрудничает Intel, создали первый лазер Рамана (назван по имени нобелевского лауреата, открывшего соответствующий оптический эффект в 1928 году), способный работать на кремниевом чипе.
В этом году они представили следующую разработку — гибридный кремниевый лазер с электронной накачкой. Разница заключается в том, что в лазере Рамана использовалась оптическая накачка, и только сейчас ученые смогли сконструировать лазер, полностью выполненный в кремнии.
В кремнии формируются полости, и для того, чтобы придать их поверхности необходимые свойства, на кремний наносится химическое вещество — фосфид индия, который излучает свет при подаче на него напряжения. На одном чипе размером с ноготь можно разместить тысячу таких устройств.
Гибридный кремниевый лазер является лишь одним из элементов, необходимых для того, чтобы организовать обмен данными между микросхемами по оптическому каналу. Параллельно ведутся разработки по созданию оптических модуляторов. Самым совершенным на сегодняшний день является модулятор, работающий на скорости 10 Гбит/с, однако в Intel обещают, что в ближайшее время их скорость еще увеличится.
По словам Ратнера, терабитная скорость в одном оптическом канале может быть достигнута при использовании 25 лазеров с разной длиной волны и модуляторов, работающих на скорости 40 Гбит/с.
Высокая интеграция
25 гибридных кремниевых лазеров формируют лучи с разной длиной волны. По волновому проводнику каждый из этих лучей попадает в модулятор, работающий на скорости 40 Гбит/с. Модулированный оптический сигнал передается на мультиплексор, где 25 лучей объединяются в общий пучок, который передается по одному оптическому проводнику. Таким образом достигается производительность передатчика в 1 Тбит/с
