Siliziumphotonik-Transceiver und Routing-Technologie läutet neue Ära der Superrechner ein
„Die Chip-zu-Chip-Kommunikation in Serverboard- und Intrarack-Designs bildet derzeit den Hotspot der Highend-Serverindustrie für die Reduzierung des physischen Platzes, der Netzwerkkomplexität und der Ressourcen – Schaltungen und Kabel – während eine höhere Leistung pro Watt ermöglicht wird“, sagt Nikos Pleros, Koordinator des EU-finanzierten Projekts ICT-STREAMS. „Der neue Serverboard-Fahrplan erforscht Lösungen, mit denen immer mehr Prozessoren auf Multi-Socket Boards [MSB, Leiterplatten mit mehreren Sockeln] integriert werden können, um die Leistung bei weniger Kosten und Energieeinsatz zu erhöhen, während gleichzeitig Reduzierungen des erforderlichen physischen Platzes und Erhöhungen der Durchsatzdichte möglich sind.“
Ganzheitliches Midboard-Transceiver- und Routergeräteportfolio
Die Projektpartner entwickelten ein vollständiges bordeigenes optisches Chip-zu-Chip-System für die direkte Zusammenschaltung von Multi-Socket Boards, das einen aggregierten bidirektionalen Durchsatz von 25,6 Tbit/s zwischen den Prozessorsockeln ermöglicht. Um dies zu erreichen, baute man auf die Schnittstellenverbindung der Prozessorsockel mit Hochfrequenz-Silizium (Si)-Photonik-Transceivern, die mithilfe der Routingkapazitäten für Wellenlängen einer Router-basierten, vollständig passiven Routing-Plattform mit Siliziumphotonik-Wellenleiter-Gitter-Struktur kommunizieren. Die Siliziumphotonik-Routing- und -Transceiverchips der MSB-Konfiguration können über eine hochfrequente elektrooptische Leiterplatte miteinander kommunizieren, die als verlustarme optische Verbindungsplattform fungiert und sowohl die Funkfrequenz- als auch Gleichstrom-Konnektivität für die aktiven Transceiver unterstützt.
Steigerung von Serverboard-Dichte und -Durchsatz
„ICT-STREAMS soll die aktuellen Barrieren bezüglich Bandbreite und Schaltungslatenz in Chip-zu-Chip-Konfigurationen mit mehreren Sockeln lösen, um den aggregierten Durchsatz von 25 Tbit/s, konkurrenzfreie, fließende massive Datenbewegungen für Multisocket-Verbindungen zwischen beliebigen Anschlüssen zu ermöglichen, und somit neuartige Architekturen im Rack-Maßstab für Disaggregationskonzepte bezüglich Rechen-, Arbeitsspeicher- und Aufbewahrung zu unterstützen“, erklärt Pleros. „Die optischen Maschinen erweitern die Leistungsgrenzen der Transceiver-Technologie“ durch eine Reihe von Wellenlängenmultiplex-Kanälen (16 x) und eine Kanaldatenrate (50 Gbit/s) für eine optische Maschine mit einem Durchsatz von 0,8 Tbit/s. Die Einzelmodus-Polymer elektrooptische Leiterplatte wendet ein adiabatisches optisches Kopplungskonzept mit hochdichter hochfrequenter Funkfrequenz an und optische Eingangs-/Ausgangs-Schnittstellen ermöglichen eine Chip-zu-Board-Assemblierung in einem Schritt, sodass die Zeit- und Kostenerfordernisse sinken. „Das innovative Wärmedrift-Kompensationssystem soll erhebliche Auswirkungen auf die Anwendbarkeit der Siliziumphotoniktechnologie im realen Leben zeitigen, indem die Wellenlängenmultiplex-Siliziumphotonikkomponenten in nichtinvasiver Weise überwacht und gesteuert werden“, führt Theoni Alexoudi, technische Leiterin von ICT-STREAMS, weiter aus. „Neue Ergebnisse, die im März auf der Optical Networking and Communication Conference in San Diego präsentiert werden, zeigen die fehlerfreie Chip-zu-Chip-Verbindung in einer Umgebung mit Temperaturschwankungen.“ „Die ICT-STREAMS-Technologie nutzt die Wellenlängenmultiplex-Siliziumphotonik zur substanziellen Verbesserung der Dichte und des Durchsatzes nach dem aktuellen Stand der Serverboard-Technik“, lautet das Fazit des leitenden Projektforschers Miltos Moralis-Pegios. „Gleichzeitig wird die Leistungsbilanz von optischen Verbindungen verbessert, indem wesentliche Fortschritte in den Bereichen optische Maschinen, eingebettete Optik und Assemblierung, Wärmedriftkompensation, III-V-Siliziumlaserintegration, Inline-Verstärkung und HPC/DC-Architekturdesign ermöglicht werden“, merkt Stelios Pitris, ebenfalls leitender Forscher, an.
Schlüsselbegriffe
ICT-STREAMS, Routing, Durchsatz, Transceiver, Serverboard, Prozessor, Chip-zu-Chip, Wellenlängenmultiplex, Multi-Socket Boards, MSB, Siliziumphotonik
