هذه المقالة من EETOP ترجم من wikichip
HPC تتطلب الأداء العالي I / O. لبعض الوقت، وقد تم صناعة تعمل على تحسين الحلول البعيدة النطاق الترددي العالي. في العام الماضي، وإنتل وXILINX شنت 56G I / O في FPGA. وقد نشرت لمسافات طويلة 112G SerDes PHY، مع ظهور عقدة 5 نانومتر القادمة، والدولة قد يكون أفضل. بالنظر إلى المستقبل، أكثر من 112G من خارطة الطريق الصناعة هو الكامل من عدم اليقين. بعد فترة من عشرات الأمتار أو أكثر، والاتصالات باستخدام الاتصالات البصرية بدلا من إشارة كهربائية. للأسف، وهذه المنتجات عادة ما تكون مرتبطة عكسيا. المادية أبعد من يموت، وارتفاع تكاليف الإرسال. وبالمثل، فإن ارتفاع معدلات نقل البيانات عادة التضحية الكثافة، يعتبر السيليكون متجانسة رقائق الضوئية أفضل حل لمعالجة المعلومات.
في العقد الماضي، عدد من الطرق لتحقيق درجة عالية من التكامل وعدد كبير من مقدمة التجارية. السيليكون المتدخل TSMC CoWoS سامسونج I-مكعب وما شابه ذلك، مثل إنتل وEMIB من هذا القبيل، هذه التقنيات قد يكون عدد وافر من التعبئة والتغليف وفاة تتكامل على الشريحة نفسها. أول منتج في السوق من خلال حزمة رقاقة DRAM مباشرة بجوار وحدة المعالجة المركزية، وبالتالي زيادة عرض النطاق الترددي، وانخفاض استهلاك الطاقة، وبالتالي تحقيق عرض النطاق الترددي العالي DRAM. بالإضافة إلى الذاكرة، وتتطلب أيضا جهودا جبارة في الجمع بين عدد وافر من الدعم التطبيقات المتخصصة رقاقة (في هذه الحالة، ووصف أكثر بشكل صحيح على شريحة صغيرة) على العبوة، لتعزيز وظيفة رقاقة. وعلى الرغم من اليوم، فإن الغالبية على أساس تصميم رقاقة صغيرة ينطوي فقط على شريحة صغيرة لتطوير الخاصة مستقبل شركة تصميمها قد دمج يموت متعددة. هذا العمل هو الأول من Stratix 10 سلسلة FPGA إنتل، وسلسلة تتكون من FPGA شريحة واحدة تحتوي على المزيد من الروابط تكوين AIB. إنتل يمكن أن توفر مجموعة متنوعة من رقائق صغيرة مع وظائف مختلفة. مؤخرا، أعلنت OCP إنشاء مجموعات عمل خاصة بها لتعزيز مستوى شريحة صغيرة في جميع أنحاء الصناعة.
ايار مختبرات هي شركة تقع في الضوئيات السيليكون تبدأ في ولاية كاليفورنيا. ورفعت الشركة 24 مليون $ في جولة من التمويل. تولى ايار النهج غير عادي للسعي لتحقيق السوق المعالج بدلا من الشبكة. فرضية بهم بسيط - يتم احتساب رقاقة الجهاز البصري في أقرب وقت ممكن، من أجل تحقيق أفضل عرض النطاق الترددي وكفاءة الطاقة. وبعبارة أخرى، لتحقيق بالقرب الضوئية متجانسة متكاملة للحصول على الطاقة في كفاءة نقل قليلا المقابلة لعناصر التعبئة والتغليف الأخرى، في حين تحقيق التواصل عن بعد عبر عشرات إلى مئات الأمتار.
TeraPHY
تيرابت PHY، باختصار TeraPHY، هو أول منتج ايار المختبر. هذا هو رقاقة الضوئية النموذج، الذي تم تصميمه ليتم دمجها في حزمة جنبا إلى جنب مع وحدة المعالجة المركزية، GPU أو نظام FPGA. إعادة مجرد مشكلة بسيطة - وليس الاتصالات الإلكترونية بشكل كامل والبصرية مع بعضها البعض. ما هو سر؟ تصميم ايار يستخدم في جلوبل المصنعة بتقنية 45nm RF أبناء العراق (السيليكون على العازل RF) العملية التي تتيح لهم تطوير البصريات متكاملة متجانسة والتصميم البصري الدوائر المعقدة المحيطة الجهاز. باختصار: هذا يتيح لهم تقديم I الكهربائية / O واجهات على جانب واحد، والجانب الآخر تقدم واجهة بصرية.
طورت إنتل مجموعة واسعة من العمارة رقاقة حوالي 10 عائلة FPGA تلك الطبقة. ولكن كل من هذه الرقائق وتوضع في المنزل. والخبر السار هو أن العمارة تستخدم للاتصال بين واجهة AIB رقاقة FPGA الرئيسي ومختلف الشرائح. كجزء من برنامج DARPA ERI، واجهة مفتوحة أيضا كمعيار مفتوح، لذلك فإنه ليس من براءات الاختراع أطول EMIB أو إنتل. Stratix 10 شرائح متعددة الهندسة المعمارية يفسح المجال لديه وظيفة لتوفير TeraPHY - استبدال حدة الإرسال والاستقبال مع رقاقة صغيرة TeraPHY الإلكترونية، طالما أن واجهات متوافقة، و. هذا هو ايار مختبرات اختيار الطريق.
واجهات الكهربائية
لTeraPHY، يتضمن ايار 24 قنوات واجهة AIB. في الواقع، سمح أقصى عدد من القنوات لكل عمود من 24 قنوات (وكتلة AUX). تمثل كل قناة مجموعة من الإشارات. عندما الملعب من 55 ميكرون عثرة الحالية، مما يعني أن العشرين والحادي إشارات البيانات المرسلة تلقى إشارة البيانات. سرعته تصل إلى 2GT / ق. وقال ايار ان لTeraPHY رقاقة حجمها، فإن إجمالي عرض النطاق الترددي واجهة هو 960Gbps، مما يدل على أنهم يستخدمون AIB مواصفات 1GT / ق الأساسية، بدلا من 2GT / ق AIB بالاضافة الى المواصفات.
منذ واجهة الملعب AIB عثرة صغيرة، يمكن استخدامه على السيليكون. في Stratix 10 حالات، وهو ما يعني أن التكنولوجيا EMIB إنتل. في حزمة لم تنته بعد، والحق كبير Stratix 10 FPGA رقاقة اثنين TeraPHY chiplet.
موقف EMIB واضحة للعيان على حواف كل يموت. يرجى ملاحظة أن الطرف الآخر من FPGA قد تكون هناك شريحة صغيرة أخرى.
إشارة ضوئية I / F
يقع AIB بين واجهة واجهة البصرية هو منطق الغراء عبر شكلي، القناة المنطقية تعيينها إلى AIB قناة البصرية. العارضة يسمح العديد من الاتصال. إن تعددية إشارات كهربائية من خلال قناة واحدة الإرسال واجهة بصرية، أو العكس بالعكس. TeraPHY شريحة صغيرة عشرة دمج وحدات الماكرو الضوئية، ماكرو ليحيل، لتلقي ماكرو.
الضوء من خلال الدليل الموجي داخل الرقاقة. نظرا لطبيعة الضوء، قد يتم نشر عدد وافر من الأطوال الموجية للضوء على نفس الدليل الموجي دون أي تدخل. الطول الموجي بالتقسيم (WDM) تقنيات لاستحداث عدد وافر من هذه الموجات في الدليل الموجي لزيادة المبلغ الذي يمكن أن ينتقل على نفس البيانات وصلة الألياف. ولتحقيق هذا الهدف، واستخدام عدد وافر من الصغرى المرنانات حلقة ايار على نفس الدليل الموجي، والدليل الموجي باستخدام موجات مختلفة من البيانات البصرية أو الكهربائية مع تحويل البيانات. منها السليكون منخفضة الطاقة الضوئية عصابة مرنان مقفل لطول موجة محددة من عملهم. عصابة مرنان مدفوعة من قبل السائقين CMOS، التي تدفع المنطق الرقمي إعادة تعيين إلى واجهة على الموت.
يحتوي كل ماكرو مجموعة من PLL، TRXSlice حتى آخر أنهم جميعا العمل، ومنطق المطلوبة. اذا نظرتم GDSII قطة، يمكنك رسم ثمانية TRX أقسام، واحد في الطول الموجي. تصميم كل من مختلف ماكرو PLL، لذلك قد يتم تكوين معدل البيانات إلى زيادة يصل إلى 2x. TeraPHY chiplet معدل البيانات المسموح الحالي هو 16 جيجابايت في الثانية، 25.6 جيجابايت في الثانية والحد الأقصى 32Gbps. لأن كل الدليل الموجي ثمانية أطوال موجية، لذلك كنت تبحث في كل ماكرو 128 جيجابايت في الثانية إلى 256 جيجابت في الثانية من عرض النطاق الترددي الكلي يمكن تكوين.
يحتوي على شريحة صغيرة TeraPHY الحالي 10 وحدات الماكرو الحق. وهذا يعني أنه من الممكن لتوفير ما يصل إلى 2.56 تيرابايت / ثانية في عرض النطاق الترددي الكلي لكافة وحدات الماكرو البصرية. هذا هو أكثر بكثير من جميع وظائف على صلة AIB. وليس من الواضح لماذا هم غير متوازن، ولكن منذ الطريق قد تكون قناة واحدة إلى AIB تعدد القنوات البصرية، لذلك قد يكون هناك طوبولوجيا خلال هذه الاتصالات. على سبيل المثال، حركة المرور شركة نفط الجنوب الطريق إلى الآخران شركة نفط الجنوب. وورث مضيفا أنه نظرا لعدم تصحيح الخطأ في نهاية المتلقي، بحيث صيغ NRZ تعديل في مرور الضوء.
من أجل إقامة شراكة مع شركة إنتل، سيتم دمجها في اثنين TeraPHY في Stratix 10 FPGA. وهذا يعني أن إجمالي عرض النطاق الترددي البصري من كل FPGA إلى 5.12 تيرابايت. اثنين أقل قليلا من 50 MM2 رقاقة إعجاب!
لذا، وكيفية إزالته من رقاقة جسديا؟ ينهي على مدخلا أو الدليل الموجي الناتج صريف مقرنة، مقرنة صريف هو جهاز جود التلال والأخاديد على سطح أعلى منه، للسماح للضوء من زاوية معينة نثر من الدليل الموجي. هنا، سحب الألياف الضوئية بما فيه الكفاية وثيقة، فمن الممكن لجمع ضوء متناثرة.
وبالنسبة لإنتل Stratix 10 FPGA، يشع ضوء من الأعلى. وبعبارة أخرى، TeraPHY يتعلق التوافق والترابط الألياف التجمع الخلفي من رقائق البطاطس. موصل الألياف البصرية من خلال فتحة من أعلى الغطاء مباشرة، chiplet TeraPHY مباشرة.
وقال إنتل FPGA نائب المنتج الرئيس للاستراتيجية والابتكار فينس هو جين تاو (فينس هو جين تاو): "إننا نشهد زيادة أعباء العمل مركز البيانات، فإنها لا تلبي الطلب على عرض النطاق الترددي، ولكن تحتاج أيضا إلى توصيل الجهاز لبعد المسافة مستوى الرف". " أفضل طريقة للقيام بذلك هو استخدام الوصلات البصرية، وذلك باستخدام رقاقة صغيرة ايار مختبرات، يمكننا تحقيق عرض النطاق الترددي العالي جدا مع الكمون المنخفض وانخفاض استهلاك الطاقة ".
انخفاض AIB بسبب التأخير فقط عن 3NS، ذهابا وإيابا تأخير بالتالي TeraPHY التي كتبها AIB من AIB بنسبة أقل من 10 نانو ثانية، والتأخير في المتر حوالي 5 نانو ثانية. الألياف البصرية (اعتمادا على تكوين النظام بأكمله)، وتصل إلى 2 كم. TeraPHY كفاءة الطاقة الكلية أقل قليلا من 5 PJ / بت. تضم AIB واجهة رقمية، وmacroblock العارضة البصرية.
نوفا ليزر
ومن الجدير بالذكر أن الشريحة تعمل درجات الحرارة. لأن FPGA قوة تصل إلى 300 واط، في حين أضاف TeraPHY 4.7W، وبالتالي فإن رقاقة يمكن أن تكون عالية في السعرات الحرارية - قد يكون التقرير ايار رقمي حتى 90 درجة مئوية. جلوبل 45 RF SOI مراحل قد تم الوفاء (-40C إلى + 125C) (1) وTeraPHY ايار من chiplet متطلبات، ومراقبة إضافية عن طريق ضبط منطق تصميم لتتبع وإدارة الحرارة على تحمل هذه التغيرات في درجات الحرارة. وللأسف، فإن مصدر الضوء (الليزر)، قد تتأثر درجات الحرارة هذه، والتي قد تؤثر على موثوقية المعدات.
لهذا السبب، وضعت ايار مختبرات أيضا ليزر خارجي يسمى سوبر نوفا. يدعم نوفا حاليا ثمانية وستة عشر موجات. والمضاعفة موجات وتضخيمها إلى منافذ الإخراج ثمانية أو ستة عشر. وبعبارة أخرى، ايار الليزر الحالي نوفا تدعم ما مجموعه 256 قنوات مع عرض النطاق الترددي الكلي لل8.192 تيرابايت. الكفاءة في استهلاك الطاقة الليزر 1-2 PJ / بت.
خارطة الطريق المحتملة للتحسين
ايار مختبرات TeraPHY شريحة صغيرة تظهر إمكانات الضوئيات المتكاملة. بالنسبة للمنتجات مماثلة، وهذا الرقم مثير للإعجاب. الجيل الأول من Stratix 10 AIB اجهة 55 ميكرون في الدقيقة نقطة الملعب من الجيل الأول من كفاءة استخدام الطاقة EMIB حول 0.85pJ / بت. إنتل تحدثت مؤخرا عن الكثير من الخطط للحد من هذا الرقم يصل إلى 0.5 PJ / بت أو أكثر. تحسين كفاءة استخدام الطاقة جنبا إلى جنب مع ارتفاع الكثافة المطبات الصغيرة، ويجب أن تكون قادرة على الحصول على طاقة تجريبة مماثلة أعلى عرض النطاق الترددي الحالي. وعلاوة على ذلك، ايار TeraPHY الحالية chiplet باستخدام WDM لنقل ثمانية بت ثمانية الدليل الموجي على نفس الموجة. حتى لو افترضنا أنها لن تضيف أي قنوات، فإنها يمكن أن تجعل في الواقع عدد قليل من الأطوال الموجية على رقاقة TeraPHY الضعف، بحيث عرض النطاق الترددي I / O الضوئية الضعف. ايار السوبرنوفا يدعم بالفعل 16 نوعا من الطول الموجي لليزر. على الحوسبة الفائقة 2019، أعلن ايار مختبر أنها سترسل عينات لبدء في الربع الأول من عام 2020.
الأصل: الشبكي: //fuse.wikichip.org/news/3233/ayar-labs-realizes-co-packaged-silicon-photonics/2/
