Nelle scorse ore, in occasione dell’Intel Labs Day, Intel ha presentato avanzamenti tecnologici che concorrono a realizzare la visione dell’azienda in integrare la fotonica nei chip di silicio a basso costo e alti volumi di produzione. Questi avanzamenti rappresentano un progresso fondamentale nel campo delle interconnessioni ottiche, funzionali a rispondere all’esigenza di scalare le prestazioni dell’input/output (I/O) elettrico con il crescere dei carichi di lavoro associati ai dati, che richiedono grande potenza di calcolo e congestionano il traffico di rete nei data center. Intel ha dimostrato avanzamenti nei componenti chiave di questa tecnologia, compresa la miniaturizzazione, aprendo la strada verso una più stretta integrazione fra le tecnologie ottiche e quelle del silicio.
“Ci stiamo avvicinando a una situazione in cui wall power I/O e le discrepanze nell’ampiezza di banda I/O porteranno a rallentare la scalabilità delle prestazioni. I rapidi progressi che Intel sta facendo nella fotonica integrata consentiranno al settore di rivedere completamente le reti e le architetture dei data center, collegandole attraverso la luce. Oggi abbiamo mostrato tutti i componenti fondamentali della tecnologia su una singola piattaforma di silicio, strettamente integrati con il CMOS. La nostra ricerca, volta a integrare la fotonica con il silicio CMOS, può sistematicamente eliminare le barriere di costo, potenza e dimensioni per portare la potenza delle interconnessioni ottiche ai server”– James Jaussi, senior principal engineer and director of PHY Lab, Intel Labs.
Perché è importante: i nuovi carichi di lavoro basati su dati crescono di giorno in giorno all’interno dei data center, con movimenti di dati sempre maggiori da un server all’altro che mettono a dura prova la capacità delle attuali infrastrutture di rete. Il settore si sta rapidamente avvicinando ai limiti delle prestazioni elettriche I/O. Con il crescere della richiesta di ampiezza di banda, la crescita in queste prestazioni non riesce a tenere il passo, con il risultato di un “I/Opower wall” che limita la potenza disponibile per le operazioni di calcolo. Inserendo l’I/O ottico direttamente nei nostri server e nei nostri pacchetti, possiamo abbattere questa barriera, consentendo ai dati di muoversi con maggiore efficienza.
I componenti della nuova tecnologia: all’evento virtuale Intel Labs di oggi, Intel ha dimostrato progressi fondamentali negli elementi tecnologici della ricerca che sta conducendo nella fotonica integrata. Questi componenti, che includono generazione di luce, amplificazione, rilevamento, modulazione, circuiti di interfacciamento CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) e integrazione dei pacchetti, sono essenziali per ottenere una fotonica integrata. Un prototipo mostrato all’evento presenta uno stretto accoppiamento fra fotonica e CMOS, andando a dimostrare il concetto di una futura piena integrazione dell’ottica fotonica con il silicio. Intel ha inoltre mostrato dei modulatori micro-ring che sono 1.000 volte più piccoli rispetto a componenti tradizionali. Le grandi dimensioni e il costo dei modulatori convenzionali in silicio hanno rappresentato un limite per l’introduzione della tecnologia ottica nei server, che richiederebbero l’integrazione di centinaia di questi dispositivi. I risultati mostrati oggi tracciano la via verso un’utilizzo esteso della fotonica in silicio oltre gli strati superiori della rete fin dento al server e in futuri pacchetti server.
Di seguito i principali componenti presentat:
- Modulatori micro-ring: i modulatori in silicio convenzionali occupano un’area eccessiva e sono costosi da posizionare sui pacchetti IC. Sviluppando modulatori micro-ring, Intel ne ha ridotto di più di 1000 volte le dimensioni, eliminando così una barriera fondamentale all’integrazione della fotonica in silicio in un pacchetto di calcolo.
- Fotorilevatori interamente in silicio: per decenni, l’industria ha creduto che il silicio non avesse praticamente alcuna capacità di rilevamento della luce. Intel ha presentato una ricerca che dimostra il contrario. Il costo inferiore è uno dei principali vantaggi di questa svolta.
- Amplificatori ottici a semiconduttore integrati: via via che ci concentriamo sulla riduzione dei consumi energetici, gli amplificatori ottici a semiconduttore integrato sono una tecnologia indispensabile, resa possibile utilizzando gli stessi materiali utilizzati per il laser integrato.
- Laser a molteplici lunghezze d’onda integrati: Utilizzando una tecnica chiamata multiplexing della divisione di lunghezza d’onda, è possibile utilizzare lunghezze d’onda separate con lo stesso laser per trasmettere più dati nello stesso raggio di luce. Ciò consente la trasmissione di dati aggiuntivi su una singola fibra, aumentando la densità dell’ampiezza di banda.
- Integrazione: Integrando strettamente la fotonica in silicio e il silicio CMOS attraverso tecniche di packaging avanzate, possiamo ottenere tre vantaggi: (1) minori consumi (2) maggiore ampiezza di banda e (3) minore numero di pin. Intel è l’unica azienda ad avere dimostrato laser multi-lunghezza d’onda integrati e amplificatori ottici a semiconduttore, fotorilevatori interamente in silicio e modulatori a micro-ring su un’unica piattaforma tecnologica strettamente integrata con il silicio CMOS. Questa svolta nella ricerca apre la strada al ridimensionamento della fotonica integrata.
Prossimi sviluppi: la ricerca sulla fotonica integrata ha mostrato progressi significativi verso l’ambizioso obiettivo di Intel di sfruttare la luce come base della tecnologia di connettività. La nuova ricerca apre molte possibilità, comprese future architetture più disaggregate, con un maggior numero di blocchi funzionali quali calcolo, memoria, acceleratori e periferiche sparsi su tutta la rete e interconnessi tramite ottica e software ad alta velocità e connessioni a bassa latenza.
