211service.com
Šviesos įnešimas į kompiuterius
IBM mokslininkai neseniai paskelbė apie nanoskalės silicio jungiklį, galintį nukreipti trilijonus bitų duomenų per sekundę optiniame tinkle. Tyrėjai teigia, kad šis jungiklis leistų į asmeninį kompiuterį įtraukti telekomunikacijų tinklo greitį ir pralaidumą. Tai tampa vis svarbesnis inžinierių tikslas, nes jie ieško geriausio dizaino būsimoms daugiagyslėms mašinoms – kompiuteriams su daugiau nei vienu apdorojimo centru.
Eismo nukreipimas: IBM sukūrė silicio jungiklius, kuriais galima valdyti duomenų srautą lustiniuose optiniuose tinkluose. Kiekvienas iš aštuonių aukščiau esančių jungiklių yra pagamintas iš penkių žiedo formos rezonatorių. Nuotrauka daryta optiniu mikroskopu.
Pažanga suteikia tyrėjams daugiau galimybių valdyti, kur nukreipiami bitai optiniame tinkle, mažesniame už nagą. Mes kalbame apie terabito per sekundę nukreipimą vienu jungikliu, sako William Green, IBM tyrėjas, dirbęs su projektu. Toks našumas yra panašus į tai, kas pasiekiama naudojant labai dideles telekomunikacijų šviesolaidinės įrangos stelažus.
Šiuolaikiniai aukščiausios klasės kompiuteriai yra su dviem ar keturiais bendrojo apdorojimo branduoliais, tačiau per ateinantį dešimtmetį inžinieriai tikisi sukurti kompiuterius su dešimčia branduolių. Viena iš pagrindinių problemų kuriant daugelio branduolių įrenginį yra ta, kad neaišku, kaip leisti visiems branduoliams efektyviai bendrauti tarpusavyje ir su kitais kompiuterio komponentais, esančiais nuo lusto, pavyzdžiui, atmintis. Šiuo metu visas šis ryšys vyksta metaliniais laidais, kurie yra išgraviruoti į lustus ir grandines. Tačiau laidai turi vidinę varžą, kuri riboja duomenų perdavimo greitį. Be to, tekantys elektronai gali sukelti elektrinius trukdžius ir šilumą, dėl kurių gali atsirasti skaičiavimo klaidų.
Optiniai įrenginiai ir bangolaidžiai, įmontuoti į tą patį silicį, naudojamą lustams gaminti, yra daug žadančios elektroninių komponentų ir metalinių laidų alternatyvos. Per pastaruosius kelerius metus šioje srityje, vadinamoje silicio fotonika, kilo didžiulis aktyvumas iš IBM, Intel, Sun Microsystems, Hewlett Packard, MIT, Kolumbijos universiteto ir Pietų Kalifornijos universiteto. Tyrėjai nuolat kuria vis efektyvesnius silicio pagrindu veikiančius įrenginius, tokius kaip lazeriai, moduliatoriai, koduojantys duomenis į šviesą, detektoriai ir filtrai, kurie valo signalus, kai jie keliauja per tinklą. Tiesą sakant, „Sun Microsystems“ neseniai iš JAV Pentagono gavo 44 mln.
Nors yra daug dalių, reikalingų kompiuteriniams optiniams tinklams, IBM pranešimas apie jungiklį yra svarbus žingsnis siekiant, kad tokia sistema būtų praktiška. Silicio fotonikos srityje buvo padaryta daug pažangos, sako Šaunus Bergmanas , Kolumbijos universiteto elektrotechnikos profesorius, tačiau IBM jungiklis yra labai svarbus norint sukurti optinius tinklus lustuose. Kadangi įrenginys nukreipia daugybę skirtingų bangos ilgių šviesos į įvairias lusto ar sistemos dalis, inžinieriams nereikia kurti bangolaidžių nuo taško iki taško į kiekvieną sistemos paskirties vietą. Tai leidžia efektyviau generuoti ir nukreipti fotonus į kelias paskirties vietas, sako Bergmanas.
IBM jungiklis, aprašytas neseniai paskelbtame dokumente Gamtos fotonika , pagamintas iš sujungtų, rezonuojančių žiedų, išgraviruotų į silicį. Žiedai yra tik 200 nanometrų aukščio – daug mažesni už optinių skaidulų, kurios paprastai neša šviesą, matmenis. Įjungus jungiklį, elektronai siunčiami į konkretų žiedą. Šie elektronai keičia žiedo rezonavimo būdą, o tai veiksmingai blokuoja šviesą. Šviesa atsimuša į rezonatorių ir atsispindi kita kryptimi.
Dizainas yra unikalus dėl daugelio priežasčių, aiškina Greenas. Pirma, jungiklis nefiltruoja šviesos pagal jos bangos ilgį, kitaip nei telekomunikacijų tinkluose naudojami jungikliai, kuriems reikia nukreipti tam tikro tipo šviesą į konkrečias paskirties vietas. Ir kuo daugiau šviesos bangos ilgių praleidžiama per lustinį tinklą, tuo didesnis pralaidumas.
Žalioji pažymi, kad antroji skiriamoji charakteristika yra ta, kad IBM jungiklis gali atlaikyti maždaug 30 °C svyravimus, o tai yra labai svarbu siekiant užtikrinti tinklo patikimumą. Bet kuriame mikroprocesoriuje, sako Greenas, karštieji taškai juda lusto paviršiuje kaip skaičiaus traškėjimo funkcija. Pasak jo, jei šios optinės jungtys yra paskirstytos visame paviršiuje, inžinieriai turi užtikrinti, kad karštieji taškai nepakeistų įrenginių savybių, kad duomenys galėtų patekti į kiekvieną lusto galą nepakitę. Grynas teigia, kad jungiklio atsparumas temperatūrai iš dalies yra dėl to, kad pro jį prateka keli šviesos bangos ilgiai. Kai jungiklis keičia temperatūrą, jis taip pat keičia savybes, todėl kai kurie šviesos bangos ilgiai blokuojami. Tačiau kadangi jungiklis buvo sukurtas nukreipti platų spektrą, jis vis tiek gali veikti aplinkoje su kintama temperatūra.
Greenas teigia, kad gali praeiti nuo penkerių iki dešimties metų, kol šis jungiklis atsidurs komercinėje mašinoje. IBM jau pagamino itin mažus optinius silicio moduliatorius, tačiau, anot jo, prireiks metų, kol moduliatorius, jungiklis ir kiti komponentai bus integruoti su lustų elektronika.
Iš tiesų, silicio fotonikos pažadas kelia naują iššūkį: kaip pertvarkyti kompiuterį, kad jis bendrautų su šviesa, o ne su elektronais. Kaip sukurti sujungtą tinklą, kuris tikrai išnaudotų optiką? – klausia Bergmanas. Ji sako, kad jūs negalite laikytis elektronikos tinklo projektavimo taisyklių. Yra daug dalykų, kurie dramatiškai vystysis, kai eisime į priekį.