消费级超级计算要来了：IBM展示硅光子芯片[5P]

wanghui

众多令人兴奋的下一代技术之一是硅光子技术，它在大幅度降低系统功耗的同时提升带宽。这种“芯片到芯片(chip-to-chip)”的通信方法利用硅作为光的介质，在传输数据的时候不仅在性能上胜于传统的铜线，在耗能上更是减低到难以置信的水平。日前，IBM宣布将硅光子技术提升到一个显著的水平，把硅光子芯片集成到与CPU相同的封装尺寸。这意味着，超级计算的消费级市场在不遥远的未来。





到目前为止，硅光子技术在高性能计算HPC和“百亿亿次（exascale）”级计算中，一直是主要的研究领域。而且该技术被认为是超级计算长期发展至关重要的一部分。



正如上图所展示的，要达到每秒亿亿次计算exaflop，需要更多的宽带以及更高的能效，对于一点，美国国防部高级研究计划局DARPA主管Bob Colwell表示，无论任何情况都无法达成。如果通过光子提供数量级更多的连接，每Gb带宽能耗将仅为1mW，带宽成本也只需2.5美分。相比于现在10美元，这种技术方案更有优势。



上面的图片显示，当前硅光子技术发展状况，连接器被集成到主板端。IBM的最新研究已经成功把硅光子阵列“转移”到CPU封装中，尽管还没有将其集成到CPU中。

打造硅光子芯片最大的难点是，在芯片封装上引入导波技术(waveguides)。目前的硅光子技术多数是将设备和收发器安装在靠近主板的一端，而没有将布线延伸到封装中。为了实现引入导波技术，IBM开发出连接硅和聚合物的导波技术，而不管两者之间巨大的尺寸差异。这是通过逐渐减少硅波导和精确调整两步来实现的。

虽然通过光来传输个人电脑数据的概念已经有数十年的历史，但是我们无法在短期内遇见这一项技术带来的消费市场的变化。硅光子技术一直作为百亿亿次级计算研究内容，却没有进行消费级市场铺开的原因是，高性能计算HPC所需的宽带和耗能是铜线无法提供支持的。而且只有那些需要百亿亿次级计算的机构才能承担起高昂的研发成本，而普通人，想想就好了。



IBM纳米光子研究团队

有很多人确信硅光子技术将会成为主流应用，只不过不是现在。英特尔至少会等到该技术可以集成到设备中才动手。而且硅光子技术还有一系列的问题，比如如何与3D叠层芯片封装技术（3D chip stacking）融合。预计在至少需要5年甚至7-10的时间，该技术才能广泛应用。