بهبود پردازش موازی با سیگنال های نوری

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ اجرای پردازش موازی روی برنامه ها به صورت روزافزون درحال افزایش است. صنعت میکروالکترونیک نیز از این مسئله به عنوان راهکاری برای حفظ عملکرد در برابر افزایش تقاضا استفاده می کند.

در حال حاضر معماری پردازش موازی در سراسر دامنه های کاربردی و سیستم ها، از پردازنده های چند هسته ای گرفته تا سامانه های محاسباتی سطح بالای وزارت دفاع آمریکا، فراگیر شده اند. با وجود این، عملکرد این گونه سامانه ها، روز به روز در حال محدود شدن است؛ اما این مسئله به علت توان محاسباتی گره های فردی به وجود نمی آید؛ بلکه دلیل آن، حرکت و جابه جایی داده ها بین آنها است.

زمانی که ماژول های تراشه چندگانه (MCM) به کار گرفته می شوند، گره های یادشده به پیوندهای الکترونیکی اتصال کوتاه وابسته هستند؛ اما با افزایش مقیاس سامانه ها عملکرد پیوندهای نام برده کاهش یافته و انرژی بسیار بیشتری برای انتقال داده ها بین تراشه ها مورد نیاز است.

در مقابل اگر به جای جریان الکتریکی از نور برای انتقال داده ها استفاده شود، علاوه بر کاهش انرژی مورد نیاز، ظرفیت اطلاعات نیز افزایش خواهد یافت و پردازش موازی به شکل بهتری صورت می گیرد.

گوردون کیلر (Gordon Keeler)، مدیر برنامه دارپا در دفتر فناوری میکروسیستم ها (MTO) گفت:

امروزه سیستم های میکروالکترونیک، با هزینه های بسیار بالای جا به جایی داده ها، مصرف انرژی و میزان تأخیر محدود شده اند. سیگنال های نوری راهکاری نوآورانه را به منظور افزایش مقیاس پذیری سیستم ارائه می دهند؛ زیرا این مسئله نیاز به حفظ داده ها را به شکل محلی از بین برده و بر برنامه های متمرکز روی آن ها مانند یادگیری ماشینی، شبیه سازی با مقیاس بالا و حسگرهای پیشرفته تأثیر می گذارد.

ماژول های ترنسیور، یا فرستنده و گیرنده (transceiver) فوتونی هم اکنون نیز امکان ارسال داده ها در فواصل دور دست، همراه با پهنای باند بالا و تأخیر کم را فراهم می آورند و این کار با فیبر نوری صورت می گیرد. با وجود این زمانی که داده ها بین این گونه ترنسیورهای و مدارهای یکپارچه ی پیشرفته در دامنه های الکترونیکی جابه جا می شوند، عملکرد محدود می شود؛ اما اگر راهکارهای ادغام فوتونیک در مدارهای میکروالکترونیک به کار گرفته شوند، تنگنای یادشده برطرف می گردد و پردازش موازی وارد سطح جدیدی می شود.

سازمان دارپا به تازگی برنامه ای به نام پایپز (PIPES1) را با هدف بهبود مقیاس پذیری سیستم های آینده راه اندازی کرده است. این کار به واسطه ی توسعه ی فناوری های سیگنال نوری با پهنای باند بالا برای میکروالکترونیکی های دیجیتال صورت می گیرد.

1. _{Photonics in the Package for Extreme Scalability}