Разработки в области гибридной электроники, сочетающей в себе традиционные и оптические технологии, ведутся давно. Так, о стартапе Ayar Labs и его разработках мы рассказывали ещё в 2015 году. Сегодня, в 2020 году, компания готова к выпуску серийного продукта.
С самого начала усилия Ayar Labs были сконцентрированы на создании системы оптического интерконнекта, способного заменить существующие технологии SerDes. Сегодня они достигают скорости 56 Гбит/с на соединение, ожидаются варианты со скоростью 112 Гбит/с, но дальнейшее повышение скоростей, похоже, зашло в тупик. Ayar Labs предлагает свой ответ.
Образец ПЛИС Intel Stratix 10 с двумя чиплетами TeraPHY (справа)
Подход Ayar нестандартен: оптические технологии давно прижились в компьютерных сетях, но разработчики из калифорнийского города Эмеривилл полагают, что для наилучшей интеграции обоих миров, электронного и оптического, оптическую часть следует перенести как можно ближе к вычислительным ядрам. Именно такой подход реализован в первом официальном продукте Ayar Labs, чиплете Terabit PHY, или, сокращённо, TeraPHY.
Чиплеты вблизи
В свете набирающей популярность чиплетной компоновки сложных чипов такое решение вполне оправдано и позволяет снабдить оптическим интерфейсом практически любой процессор, будь то традиционный ЦП, графический ускоритель или матрица ПЛИС. «Подружить» электронику с оптикой Ayar Labs удалось с помощью 45-нм техпроцесса RF SOI, разработанного GlobalFoundries, а с прочими компонентами в упаковке TeraPHY общается посредством открытого стандарта AIB, продвигаемого совместно Intel и DARPA.
Структура TeraPHY
В новом чиплете реализовано 24 канала AIB; максимальная пропускная способность, если верить заявлениям Ayar, составляет 960 Гт/с (гигатрансфер в секунду). Судя по всему, использованы базовые спецификации AIB. В составе чиплета TeraPHY имеется кроссбар, позволяющий транслировать сигналы с одного электрического интерфейса на несколько оптических, и наоборот.
Волноводы TeraPHY имеют специальный вывод (grating coupler) для оптического волокна
За электронно-оптическое преобразование отвечают специальные волноводы с системой кольцевых резонаторов. Всего таких каналов (RX/TX macros) у чиплета 10, общая пропускная способность составляет 2,56 Тбит/с, что превышает возможности AIB-части чиплета; впрочем, в некоторых топологиях это может быть востребовано.
Принцип работы электронно-оптических преобразователей TeraPHY
Площадь чиплета TeraPHY невелика, менее 50 мм2, в прототипах пара чиплетов установлена на упаковку ПЛИС Intel Stratix 10. Тепловыделение у новинки составляет 4,7 Ватта, что не так уж мало для небольшого кристалла. Поскольку он может нагреваться до 90 и более градусов, используется внешний источник лазерного излучения. Он также разработан Ayar Labs и носит название SuperNova. В текущей версии SuperNova поддерживает до 16 длин волн и до 256 каналов с общей пропускной способностью 8,192 Тбит/с.
Открытый чиплет TeraPHY (слева) и чиплет в сборе с внешним лазером SuperNova
Пока речь идёт о прототипах, но имеющиеся образцы Stratix 10 с новыми чиплетами на борту вполне работоспособны. Использование TeraPHY позволит повысить энергетическую эффективность, увеличив пропускную способность при сохранении прежнего энергопотребления. У технологии довольно светлое будущее, поскольку уже существуют образцы лазеров с 32 длинами волн и активно ведутся разработки лазера, использующего 64 длины волн. О своих планах Ayar Labs объявила ещё на SC19, и её программа поставок образцов партнёрам начнёт действовать уже в начале первого квартала текущего года.
