211service.com
Chipy laserowe firmy Intel mogą usprawnić działanie centrów danych
Intel ma nadzieję, że przetwarzanie danych stanie się znacznie bardziej wydajne, wprowadzając technologię, która zastąpi konwencjonalne miedziane kable danych szybszymi optycznymi łączami danych. Przełom wymagał od Intela zamontowania laserów i innych elementów optycznych na chipach krzemowych, które zwykle obsługują tylko sygnały elektroniczne.
Jasne połączenie: Te światłowody, nazwane ClearCurve, zostały opracowane przez Corning i Intel w celu zastąpienia kabli miedzianych i szybszego przesyłania danych. Wafel krzemowy w tle jest wzorowany z chipami zdolnymi do konwersji między sygnałami elektrycznymi i optycznymi.
Pierwotna wersja tego, co Intel nazywa swoją technologią fotoniki krzemowej, może przesyłać dane z prędkością 100 gigabitów na sekundę wzdłuż kabla o średnicy około pięciu milimetrów. Intel zaoferuje go do łączenia serwerów w centrach danych, gdzie może zastąpić kable danych PCI-E, które przenoszą dane z prędkością do ośmiu gigabitów na sekundę, oraz kable sieciowe, które osiągają co najwyżej 40 gigabitów na sekundę. Najnowsza wersja standardu USB powszechnego w gadżetach konsumenckich może przesyłać dane z prędkością zaledwie pięciu gigabitów na sekundę.
Wprowadzamy to do masowej produkcji, a Intel zdecydował się na znaczną inwestycję, mówi Mario Paniccia, który od lat kierował badaniami Intela nad fotoniką krzemową, a teraz kieruje grupą komercjalizującą to rozwiązanie. Mamy wielu klientów. Przyszłe wersje technologii mają pojawiać się poza centrami danych, być może w zastosowaniach konsumenckich.
Technologia firmy Intel może znacznie obniżyć koszty prowadzenia centrum danych — dużych klastrów obliczeniowych, które przetwarzają dane, uruchamiają aplikacje i hostują witryny internetowe. Dzieje się tak, ponieważ jeden z nowych kabli optycznych Intela może zastąpić 10 lub więcej stosunkowo nieporęcznych kabli miedzianych PCI-E, które łączą serwery ustawione w tym samym stojaku. Kable te utrudniają przepływ powietrza używanego do chłodzenia serwerów. Centra danych różnią się wydajnością, ale zazwyczaj chłodzenie odpowiada za około połowę kosztów utrzymania centrum danych.
Technologia fotoniki krzemowej Intela może być również wykorzystana do zastąpienia konwencjonalnych kabli sieciowych Ethernet. Może to pozwolić firmom na ponowne przemyślenie ustalonych sposobów organizowania komputerów w centrach danych.
Firma Intel opracowała małą płytkę drukowaną, którą można dodać do serwera w celu uaktualnienia go do technologii optycznej. Najważniejszą jego częścią jest kompaktowy moduł zawierający jeden lub więcej chipów krzemowych (Intel nie powie ile), które mogą konwertować tam i z powrotem między sygnałami elektronicznymi komputera a sygnałami optycznymi, które mogą podróżować wzdłuż światłowodu. Wśród elementów optycznych wewnątrz chipów znajdują się cztery lasery krzemowe, z których każdy może przesyłać dane z szybkością 25 gigabitów na sekundę. Karta może mieć więcej niż jeden z tych układów optycznych, w zależności od wymaganej przepustowości. Intel współpracował z Corning, najbardziej znanym z wynalezienia szkła Gorilla Glass używanego w wielu urządzeniach mobilnych, w celu opracowania nowych złączy i kabli do łączenia nowych płyt optycznych.
Obecna forma technologii została ukształtowana przez opinie firm, w tym Facebooka, Microsoftu i firmy hostingowej w chmurze Rackspace, z których niektóre zobowiązały się do korzystania z tej technologii, mówi Paniccia. Ceny i dostępność technologii nie zostały ogłoszone, ale mogą one stworzyć znaczący nowy strumień dochodów dla Intela. W 2012 roku na całym świecie dostarczono łącznie 8,1 miliona serwerów, według IDC , a wiele firm, takich jak Amazon, Apple i Facebook, intensywnie inwestuje w centra danych (patrz Inside Facebook’s Not-So-Secret New Data Center ).
Intel współpracuje również z operatorami niezwykle potężnych klastrów komputerowych i superkomputerów, w tym z nieokreślonymi agencjami rządowymi USA. Wiadomo, że agencje wywiadowcze, takie jak Agencja Bezpieczeństwa Narodowego i CIA, wykorzystują komputery o dużej mocy do przetwarzania i analizowania danych zebranych podczas nadzoru.
Dzisiejsze serwery to samodzielne komputery z procesorami, pamięcią i pamięcią masową, które zajmują pojedynczą warstwę szafy serwerowej. Zwiększenie przepustowości dzięki fotonice krzemowej umożliwia zamiast tego wypełnienie całej warstwy szafy procesorami, drugiej pamięcią, a trzeciej pamięcią masową. To może przyspieszyć modernizację i lepiej wykorzystać chłodzenie, kierując je na komponenty, które najbardziej go potrzebują, mówi Pannicia.
Niektórzy partnerzy Intela rozważają bardziej ekstremalną wersję tego podejścia. Pamięć, procesory i przechowywanie danych byłyby przechowywane w całkowicie oddzielnych szafach, wszystkie połączone połączeniami optycznymi. To może pozwolić na dalsze ulepszenia konserwacji i chłodzenia. Może również pozwolić na wirtualizację pamięci, tak aby w razie potrzeby była dynamicznie przydzielana do oprogramowania i serwerów, co jest bardziej wydajnym podejściem niż powiązanie jej z określonymi serwerami.
Andy Lawrence, wiceprezes ds. badań nad technologiami centrów danych w firmie analitycznej 451 Group, mówi, że największy wpływ przełomu optycznego będzie miał na projektowanie centrów danych. Operatorzy centrów danych nie są dokładnie ograniczeni przez istniejącą technologię miedzi, ale są bardzo ograniczeni w sposobie rozmieszczenia sprzętu [i] projektowania centrów danych, mówi. Fotonika krzemowa powinna wyzwolić projektantów.
Technologia Intela wykorzystuje fakt, że krzem używany do produkcji chipów komputerowych jest przezroczysty dla światła podczerwonego, podczas gdy tlenek krzemu, wspólna cecha chipów, jest dla niego nieprzezroczysty. Światło może być kierowane wokół powierzchni chipa komputerowego wewnątrz prostych rurek krzemowych z powłoką z tlenku krzemu, struktury łatwej do wykonania przy użyciu konwencjonalnych technik wytwarzania chipów.
Jednak zespół Paniccia musiał poczynić znaczne postępy naukowe w dziedzinie optyki, aby znaleźć sposoby na stworzenie innych komponentów systemu komunikacji opartej na świetle na chipie krzemowym. Najważniejszymi częściami tych wysiłków było stworzenie lasera krzemowego (patrz Bringing Light to Silicon ), krzemowego modulatora do kodowania danych w wiązce laserowej (Moving Toward a Terascale Computer) oraz komponentu krzemowego do konwersji sygnału świetlnego na elektroniczny jeden ( Intel kończy prace nad Silicon Photonics Trifecta ).
Intel nie wypowiadał się publicznie szczegółowo o projekcie od 2010 roku, kiedy to pokazał pierwszy działający układ, który zawierał wszystkie te komponenty (patrz Obliczanie z prędkością światła ). Przez ostatnie dwa lata zastanawialiśmy się, jak zrobić to w dużych ilościach, mówi Paniccia, chociaż nie podzieli się szczegółami rozwiązań, które wymyślił Intel. Chociaż Intel daleko wyprzedza rywali w dziedzinie fotoniki krzemowej, IBM, HP i niektóre mniejsze firmy pracują nad podobną technologią.