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Un transceptor fotónico de silicio y una tecnología de enrutamiento anuncian la nueva era de los superordenadores

Dado que la fragmentación del tamaño de los chips de los procesadores ya ha alcanzado sus límites al tratar de acomodar más núcleos de procesadores, los esfuerzos por reducir el coste y aumentar la eficacia energética en los ordenadores de alto rendimiento se centran ahora en el siguiente nivel de jerarquía. Una iniciativa de la Unión Europea (UE) ha desarrollado una tecnología óptica radicalmente nueva para un paradigma de interconexión directa entre chips, a nivel de placa, que supera las limitaciones actuales del diseño de las placas de los servidores.

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«La comunicación de chip a chip en los diseños de placas de servidores e intrabastidores constituye actualmente el punto de interés de la industria de servidores de gama alta para reducir el espacio físico, la complejidad de la red y los recursos (conmutadores y cables), al tiempo que se permite un mayor rendimiento por vatio», señala Nikos Pleros, coordinador del proyecto ICT-STREAMS financiado con fondos europeos, quien añade: «La nueva hoja de ruta de las placas de servidores estudia soluciones que pueden llevar cada vez más procesadores a las placas de múltiples conectores (MSB, por sus siglas en inglés) para aumentar el rendimiento con un coste y una cubierta energética menores, lo que al mismo tiempo permite la reducción de los requisitos en cuanto a espacio físico y el aumento de las densidades de rendimiento».

Un catálogo de dispositivos holísticos de transceptores y enrutadores de media placa

Los socios del proyecto lograron un completo sistema óptico de interconexión directa chip a chip en las MSB que ofrece un rendimiento bidireccional total de 25,6 Tb/s entre los conectores del procesador. Para lograrlo, se basaron en la interconexión de los conectores del procesador con transceptores fotónicos de silicio (Si) de alta frecuencia que se comunican aprovechando las capacidades de enrutamiento de longitudes de onda de una plataforma de enrutamiento totalmente pasiva basada en un enrutador de guía de ondas fotónico de Si. El enrutamiento fotónico de Si y los chips del transceptor de la configuración MSB pueden comunicarse a través de una placa de circuito impreso electroóptico de alta frecuencia (EOPCB, por sus siglas en inglés) que actúa como plataforma de interconexión óptica de baja pérdida y es compatible tanto con la conectividad de radiofrecuencia (RF) como de corriente continua (CC) para los activos del transceptor.

Aumento de la densidad y el rendimiento de las placas de los servidores

«Se espera que ICT-STREAMS resuelva los actuales obstáculos en términos de ancho de banda y latencia de conmutación en configuraciones chip a chip de múltiples conectores, permita una tasa de rendimiento efectiva de 25 Tb/s, unos movimientos masivos de datos sobre la marcha sin contención para la interconexión entre múltiples conectores de cualquier tipo, y apoye de esta manera novedosas arquitecturas a escala de bastidor para conceptos de desagregación de recursos de computación, memoria y almacenamiento», explica Pleros. Sus motores ópticos amplían los límites de rendimiento de la tecnología de transceptores, mediante un número de canales de multiplexación por división de longitudes de onda (WDM, por sus siglas en inglés) (16 x) y una velocidad de datos de canal (50 Gb/s) hacia un motor óptico con un rendimiento de 0,8 Tb/s. Su EOPCB de polímero monomodo, que emplea un concepto de acoplamiento óptico adiabático con interfaces de RF de alta densidad y alta frecuencia e interfaces ópticas de entrada/salida, permite un ensamblaje de un solo paso entre el chip y la placa, lo que reduce los requisitos en cuanto a tiempo y coste de fabricación. Según explica Theoni Alexoudi, responsable técnico de ICT-STREAMS: «Se espera que el innovador sistema de compensación de la derivación térmica tenga un impacto significativo en la aplicabilidad de la tecnología fotónica de Si en entornos reales mediante la supervisión y el control no invasivos de los componentes fotónicos de Si del WDM. Los últimos resultados, que se presentarán en marco en la Conferencia sobre Redes Ópticas y Comunicación (OFC) de San Diego (Estados Unidos), revelan la interconexión sin errores de chip a chip sobre un entorno de fluctuación de temperatura». Miltos Moralis-Pegios, investigador principal del proyecto, concluye: «La tecnología de ICT-STREAMS utiliza la fotónica de silicio WDM para mejorar sustancialmente la densidad y el rendimiento de la placa del servidor de última generación». «Al mismo tiempo, amplía la gama de prestaciones de las interconexiones ópticas al ofrecer avances significativos en los campos de los motores ópticos, la óptica y el ensamblaje integrados, la compensación de la derivación térmica, la integración del láser III-V en Si, la amplificación en línea y el diseño arquitectónico HPC/DC», añade Stelios Pitris, que también es investigador principal.

Palabras clave

ICT-STREAMS, enrutamiento, rendimiento, transceptor, placa del servidor, procesador, de chip a chip, WDM, MSB, fotónica de Si

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