Vědci z MIT vyvinuli klíčové komponenty pro čipy s petabitovou rychlostí: Změní budoucnost AI a datových center

S rostoucí globální poptávkou po rychlejších výpočetních systémech, kterou pohání umělá inteligence, cloud computing a vysoce výkonná datová centra, se výzkumníci stále více zaměřují mimo konvenční elektroniku.

S rostoucí globální poptávkou po rychlejších výpočetních systémech, kterou pohání umělá inteligence, cloud computing a vysoce výkonná datová centra, se výzkumníci stále více zaměřují mimo konvenční elektroniku. Tým z Massachusettského technologického institutu (MIT) věří, že řešení spočívá v efektivnější integraci elektronických a fotonických čipů, což je výzva, která dlouho zpomalovala přijetí optických výpočtů nové generace.

V rámci svého výzkumného programu FUTUR-IC představilo MIT řadu pokroků, které by mohly budoucím mikročipům umožnit přenos dat rychlostí přesahující jeden petabit za sekundu při výrazně nižší spotřebě energie. Práce se soustředí na nová zařízení, která zjednodušují integraci elektroniky, jež zpracovává informace pomocí elektřiny, s fotonikou, která přenáší informace pomocí světla. Tyto technologie by navíc mohly být vyráběny pomocí stávajícího zařízení pro výrobu polovodičů, což by je činilo praktičtějšími pro široké přijetí.

Inženýři po léta považovali optiku s ko-balením za jeden z nejslibnějších způsobů, jak zlepšit přenos dat uvnitř serverů a vysoce výkonných výpočetních systémů. Optická komunikace spotřebovává podstatně méně energie než elektrické propojení, což ji činí stále atraktivnější, jelikož datová centra se rozšiřují, aby podporovala úlohy AI a cloudové služby. Integrace fotonických čipů s konvenčními elektronickými procesory však zůstávala technicky obtížná a nákladná.

Program FUTUR-IC se snaží tuto výzvu řešit vývojem komponent, které zjednodušují optické balení. Mezi nejnovějšími pokroky jsou dva nové optické vazební členy – evanescentní vazební člen a vazební člen s gradientním indexem (GRIN) – navržené pro efektivnější přenos světla mezi fotonickými zařízeními. Tyto vazební členy představují první optické ekvivalenty „pájených kuliček“, drobných kovových spojů, které dnes propojují elektronické čipy. Místo elektrických signálů přenášejí světlo mezi fotonickými komponenty, což potenciálně usnadní montáž a výrobu budoucích elektronicko-fotonických balíčků.

Na rozdíl od elektrických signálů, které se potýkají s rostoucím odporem a ztrátami energie s narůstajícími datovými rychlostmi, může optická komunikace přenášet obrovské množství informací s výrazně nižší spotřebou energie. Dlouhodobým cílem programu je posunout přenos dat ze současných stovek terabitů za sekundu na více než jeden petabit za sekundu. Používání elektroniky primárně pro výpočty a fotoniky pro komunikaci by mohlo podstatně snížit energetické nároky budoucí výpočetní infrastruktury. Tato potřeba je stále naléhavější, jelikož modely AI rostou a cloudové služby se rozšiřují, a datová centra tak spotřebovávají stále větší podíl globální elektřiny.

Výzkumníci z MIT vyvinuli několik přístupů k optickému propojení, optimalizovaných pro různé požadavky. GRIN vazební člen nabízí širší vlnovou délku kompatibility, zatímco evanescentní vazební člen je snazší na výrobu a lze jej hustěji balit. Budoucí elektronicko-fotonické systémy budou pravděpodobně vyžadovat kombinaci těchto technologií. Program FUTUR-IC se navíc zabývá i širšími aspekty, jako je platforma Earthster pro hodnocení dopadu výroby polovodičů na životní prostředí a rozvoj pracovní síly prostřednictvím online kurzů a vzdělávacích zdrojů zaměřených na efektivitu zdrojů v polovodičovém průmyslu. Ačkoliv komerční nasazení těchto technologií je ještě vzdálené, výzkum řeší jeden z nejtrvalejších problémů průmyslu: efektivní integraci fotoniky s konvenční elektronikou.