توسعه تراشه‌های فوتونی به منظور بهبود پردازش‌ها توسط دارپا

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ سازمان دارپا به منظور ایجاد تراشه‌هایی نوری در گذشته پروژه‌ای به نام پیپز (PIPES) را راه‌اندازی کرده بود.

در عصر حاضر انتقال اطلاعات و برقراری اینترنت در بستر فیبر نوری یا راه‌اندازی مراکز داده بر پایه‌ی آن بسیار فراگیر شده است؛ اما سامانه‌های دیجیتالی برای انتقال داده‌ها همچنان به الکترون‌هایی که در بستر سیم‌های فلزی میان مدارهای مجتمع (ICS) حرکت می‌کنند، وابستگی دارند. از طرفی گسترش حجم اطلاعات، محدودیت سیگنال‌های الکتریکی و پهنای باند، کارایی و عملکرد سامانه‌های پیشرفته را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هدف اصلی پروژه پایپز توسعه اجزا نوری به منظور رفع محدودیت‌های یاد شده و به کارگیری بسترهای میکرو الکتریک دیجیتالی در یک سطح جدید است.

دارپا به تازگی در گزارش اعلام کرد شرکت‌های اینتل و آیار لبز (Ayar Labs)، در قالب طرح پیپز در تلاش هستند تا اتصالات فوتونی یا نوری را روی تراشه‌ها بهبود بدهند. این 2 شرکت موفق شده‌اند رابط‌های نوری کارآمد را جایگزین درگاه‌های ورودی/خروجی الکتریکی (I/O) فعلی موجود در مدارهای مجتمع دیجیتال برنامه پذیر (FPGA) کنند.
رابطه توسعه یافته توسط آیار لبز، «ترا پی.اچ.وای» (TeraPHY) نام دارد. یک تراشه ورودی/خروجی نوری که جایگزین تراشه‌های الکتریکی «SERDES» می‌شود. تراشه SERDES وظیفه جبران کردن محدودیت درگاه‌های ورودی/خروجی را در زمانی که به انتقال سریع اطلاعات یا برقراری ارتباطات با سرعت بالا نیاز بود، بر عهده داشت.

2 شرکت بالا سپس تراشه ترا و FPGA توسعه یافته توسط اینتل را با یکدیگر ترکیب کرده یک ماژول تراشه چندگانه (MCM) نوری به وجود آوردند. این راهکار باعث شد سرعت اتصالات درون تراشه بهبود پیدا کرده، تأخیر کاهش یافته و امکان برقراری ارتباطات سرعت بالا با فیبر نوری تک حالته که مستقیماً از FPGA خارج می‌شود، به وجود آید. ادغام این دو به واسطه فرآیند نوری پیشرفته شرکت گلوبال فاندریز (GlobalFoundries) انجام گرفت. تراشه ترا امکان انتقال اطلاعات با سرعت 2 ترابیت در ثانیه را از طریق پهنای باند درگاه ورودی/خروجی فراهم کرده و در مقایسه با درگاه‌های الکتریکی به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد.

گردن کیلر (Gordon Keeler)، مدیر برنامه پروژه پیپز در دارپا گفت:

پیشرفت‌های اولیه در این پروژه گام‌های بزرگی را در ایجاد سامانه‌های قدرتمندی که از سیگنال‌های نوری بهره می‌گیرند، به نمایش گذاشته است. هدف اصلی پروژه توسعه مدارهای مجتمع پیشرفته‌ای است که دارای رابط نوری بوده و امکان انتقال اطلاعات با سرعتی تا 100 ترابیت در ثانیه را فراهم می‌کند. به گونه‌ای که سطح انرژی مورد نیاز آن یک پیکوژول بر بیت (pJ/bit) باشد. مدارهای FPGA با رابط‌های نوری می‌توانند سرعت انجام محاسبات، عملکرد هوش مصنوعی، شبیه‌سازی‌های بزرگ‌مقیاس و قابلیت‌های خاص وزارت دفاع مانند رادارهای پیشرفته را بهبود بدهد.

اینتل و آیار لبز به منظور توسعه تراشه یاد شده از پیشرفت‌های به دست آمده در دو پروژه دیگر دارپا با نام‌های پوم (POEM) و «چیپس» (CHIPS) بهره گرفتند. هدف برنامه پوم توسعه فناوری‌های فوتونی بود که امکان ادغام آن‌ها در ریزپردازنده‌ها را فراهم می‌کرد. این فناوری‌ها سرعت و ظرفیت برقراری ارتباطات و پردازش‌ها را بهبود داده و انرژی مصرفی را کاهش می‌دهند. آیار لب نیز در قالب پروژه پوم به توسعه اولین تراشه ورودی/خروجی توری ترا کمک کرد. شرکت اینتل همچنین در قالب پروژه چیپیس به توسعه استانداردهای ارسال سیگنال کم قدرت برای ایجاد نوع جدیدی از پردازنده‌های کمک کرد.

شرکت اینتل در تلاش است در مراحل بعدی پروژه امکان انتقال اطلاعات با سرعتی در حدود 100 ترابیت در ثانیه را فراهم کند.