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La tecnologia di ricetrasmissione e di routing della fotonica del silicio annuncia la nuova era dei supercomputer

Con la frammentazione delle dimensioni del chip del processore che ha già raggiunto i suoi limiti nel tentativo di accogliere un maggior numero di core di processore, gli sforzi per migliorare i costi e l’efficienza energetica nei computer ad alte prestazioni si stanno ora concentrando sul prossimo livello di gerarchia. Un’iniziativa dell’UE ha sviluppato una tecnologia ottica radicalmente nuova per un paradigma di interconnessione diretta da chip a chip, a livello di scheda, che supera gli attuali limiti di progettazione delle schede server.

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«La comunicazione chip-to-chip nella progettazione di schede server e intra-rack costituisce attualmente l’hotspot dell’industria dei server di fascia alta verso la riduzione dello spazio fisico, della complessità della rete e delle risorse (interruttori e cavi) consentendo al contempo maggiori prestazioni per watt», ha affermato Nikos Pleros, coordinatore del progetto ICT-STREAMS, finanziato dall’UE. «La nuova tabella di marcia per le schede server esplora soluzioni che possono portare un numero sempre maggiore di processori su schede multipresa (MSB) per aumentare le prestazioni a costi ed energia ridotti, permettendo allo stesso tempo di ridurre il fabbisogno di spazio fisico e di aumentare la densità di produzione».

Portafoglio olistico di ricetrasmettitori e dispositivi router a scheda intermedia

I partner del progetto hanno fornito un sistema completo di interconnessione diretta da chip a chip ottico a bordo per MSB che offre un rendimento bidirezionale aggregato di 25,6 Tb/s tra le prese del processore. Per ottenere questo risultato, si sono affidati all’interfacciamento delle prese del processore con i ricetrasmettitori fotonici in silicio (Si) ad alta frequenza che comunicano sfruttando le capacità di routing della lunghezza d’onda di una piattaforma di routing completamente passiva basata su router a griglia a guida d’onda fotonica Si. I chip di routing fotonico Si e i chip ricetrasmettitori della configurazione MSB possono comunicare attraverso un circuito stampato elettro-ottico ad alta frequenza (EOPCB) che funge da piattaforma di interconnessione ottica a bassa perdita e supporta sia la connettività in radiofrequenza (RF) che quella in corrente continua (CC) per i ricetrasmettitori attivi.

Aumentare la densità e la produttività della scheda server

«ICT-STREAMS dovrebbe risolvere le attuali barriere legate alla larghezza di banda e alla latenza di commutazione in configurazioni multipresa da chip a chip, consentendo un rendimento aggregato di 25 Tb/s, senza disturbi, movimenti massicci di dati al volo per l’interconnessione universale multipresa, supportando in questo modo nuove architetture su scala rack per i concetti di disaggregazione di calcolo, memoria e risorse di stoccaggio», ha spiegato Pleros. I suoi motori ottici estendono i confini delle prestazioni della tecnologia dei ricetrasmettitori per mezzo di un certo numero di canali di multiplazione mediante ripartizione in lunghezza d’onda (WDM) (16 x) e di velocità di trasmissione dati dei canali (50 Gb/s) verso un motore ottico con rendimento funzionale di 0,8 Tb/s. Il suo polimero monomodale EOPCB che impiega un concetto di accoppiamento ottico adiabatico con interfacce RF e interfacce ottiche di ingresso/uscita ad alta densità e ad alta frequenza, consente l’assemblaggio chip-to-board in un solo passaggio, riducendo i tempi e i costi di produzione. «L’innovativo sistema di compensazione della deriva termica dovrebbe esercitare un impatto significativo sull’applicabilità reale della tecnologia fotonica Si, monitorando e controllando i componenti fotonici Si WDM in modo non invasivo», approfondisce Theoni Alexoudi, leader tecnica di ICT-STREAMS. «I recenti risultati che saranno presentati alla Optical Networking and Communication Conference di San Diego a marzo rivelano l’interconnessione senza errori da chip a chip in un ambiente a temperatura variabile». «La tecnologia ICT-STREAMS sfrutta la fotonica in silicio WDM per migliorare sostanzialmente la densità e la produttività delle schede server all’avanguardia», conclude Miltos Moralis-Pegios, ricercatore senior del progetto. «Allo stesso tempo, spinge l’inviluppo delle prestazioni delle interconnessioni ottiche offrendo significativi progressi nel campo dei motori ottici, dell’ottica incorporata e dell’assemblaggio, della compensazione della deriva termica, dell’integrazione laser III-V su Si, dell’amplificazione in linea e della progettazione architettonica HPC/DC», aggiunge Stelios Pitris, che è anche un ricercatore senior.

Parole chiave

ICT-STREAMS, routing, rendimento funzionale, ricetrasmettitore, scheda server, processore, chip-to-chip, WDM, MSB, fotonica Si

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