Инженеры Калифорнийского технологического института и Саутгемптонского университета в Англии совместно разработали электронный чип, интегрированный с фотонным чипом (который использует свет для передачи данных), создав связный конечный продукт, способный передавать информацию на сверхвысокой скорости при минимальном выделении тепла.

Хотя сэндвич из двух чипов вряд ли найдет свое место в вашем ноутбуке, новый дизайн может повлиять на будущее центров обработки данных, которые управляют очень большими объемами передачи данных.

«Каждый раз, когда вы разговариваете по видеосвязи, смотрите фильм в потоковом режиме или играете в онлайн-видеоигру, вы перенаправляете данные туда и обратно через центр обработки данных для обработки», — говорит аспирант Калифорнийского технологического института Ариан Хашеми Талхунче, ведущий автор исследования, статья с описанием двухчиповой инновации, опубликованная в журнале IEEE Journal of Solid-State Circuits 3 ноября.

«Существует более 2700 центров обработки данных в США и более 8000 по всему миру, с башнями серверов, установленных друг над другом, чтобы управлять нагрузкой тысяч терабайт данных, входящих и исходящих каждую секунду».

Точно так же, как ваш ноутбук нагревается у вас на коленях, когда вы его используете, башни серверов в центрах обработки данных, которые поддерживают связь между всеми нами, также нагреваются во время работы, только в гораздо большем масштабе. Некоторые центры обработки данных даже построены под водой, чтобы упростить охлаждение всего объекта. Чем эффективнее их можно сделать, тем меньше тепла они будут выделять и, в конечном счете, тем большим объемом информации они смогут управлять.

Обработка данных осуществляется в электронных схемах, а передача данных наиболее эффективно осуществляется с помощью фотоники. Достичь сверхвысокой скорости в каждом домене очень сложно, но еще сложнее спроектировать интерфейс между ними.

«Существует постоянная потребность в увеличении скорости передачи данных между различными чипами не только в центрах обработки данных, но и в высокопроизводительных компьютерах. По мере масштабирования вычислительной мощности чипов скорость обмена данными может стать узким местом, особенно в условиях жесткого энергопотребления. ограничений», — говорит Азита Эмами, профессор электротехники и медицинской инженерии Эндрю и Пегги Чернг; исполнительный директор по электротехнике ; и старший автор статьи.

Чтобы решить эту проблему, команда Калифорнийского технологического института/Саутгемптона разработала электронный и фотонный чипы с нуля и совместно оптимизировала их для совместной работы. Процесс, от первоначальной идеи до окончательного тестирования в лаборатории, занял четыре года, и каждый выбор дизайна влиял на оба чипа.

«Нам пришлось оптимизировать всю систему одновременно, что позволило добиться превосходной энергоэффективности», — говорит Хашеми. «Эти два чипа буквально созданы друг для друга, интегрированы друг в друга в трех измерениях».

В результате оптимизированный интерфейс между двумя чипами позволяет им передавать 100 гигабит данных в секунду, производя всего 2,4 пикоДжоуля на передаваемый бит. Это улучшает электрооптическую эффективность передачи в 3,6 раза по сравнению с современным уровнем техники. Пикоджоуль — это одна триллионная часть джоуля, которая определяется как энергия, высвобождаемая за одну секунду током в 1 ампер через сопротивление в 1 ом, или около 0,24 калории.

«Поскольку мир становится все более и более связанным, и каждое устройство генерирует больше данных, интересно показать, что мы можем достичь таких высоких скоростей передачи данных, сжигая часть энергии по сравнению с традиционными методами», — говорит Эмами.

Документ называется «Оптический передатчик PAM4 со скоростью 100 Гбит/с в 3D-интегрированной платформе SiPh-CMOS с использованием сегментированных модуляторов MOSCAP».