Emma
3 °C
10 °C

Százszorosára gyorsítja a számítógépeket az optikai adatbusz

2010.09.13. 07:33
Hiába készülnek egyre nagyobb órajelekkel működő processzorok, hiába folytatódik a miniatürizálás, hiába indul 2011-12 környékén az átállás a 32 nanométeres technológiáról a 22 nanométeresre (ez azt jelenti, hogy ilyen vékonyak a vezetékek az áramkörökben), a csipgyártás súlyos problémákkal néz szembe: lassan elér a rézalapú adattovábbítás fizikai korlátaihoz.

Az IBM kutatómérnökei szerint a mai processzorok a számítási időnek akár a háromnegyedét is azzal tölthetik, hogy a feldolgozandó adatokra várnak. A számítógép sebességénél a gyakorlatban már nem a számítási gyorsaság a szűk keresztmetszet, hanem az adattovábbítás sebessége, azzal tudunk gyorsulást elérni, ha minél hatékonyabban és gyorsabban utaztatjuk az adatokat a csipek között.

Az adattovábbításban ma a számítógépek ugyanazt a modellt alkalmazzák, mint ötven éve: rézalapú vezetékeken áramlanak az elektronok, és hordozzák magukban a bitek értékét. Ezt nem lehet a végtelenségig gyorsítani (ami itt természetesen a jel frekvenciáját, nem az elektronok sebességét jelenti) és kicsinyíteni, mert fellép a jel gyengülésének, az interferenciáknak, és az elektronok elszivárgásának problémája. Egy 2 gigahertzes jel egy rézdróton a jelerősség felét veszíti el ugyanakkora távon, ahol egy 10 gigahertzes a 98 százalékát.

A megoldás a problémára egyszerűnek tűnik, és a hosszú távú adattovábbításban már rég bevezették: az optikai kábel. Az üvegszálon (ami a gyakorlatban néha nem üveg, hanem műanyag) elektronok helyett fotonok szállítják az adatokat, magyarul áram helyett fény. Ennek sok előnye van, a legfontosabb hogy a fotonoknak nincsen elektromos töltésük, így nem tudnak interferálni egymással, vagy különféle vezető rétegeken át elszivárogni. A gond az, hogy sokkal nehezebb egy szilíciumlapján apró optikai csatornákból álló, nagyon precíz hálózatot létrehozni, mint fémalapú áramkört.

Az IBM mérnökei most jutottak el arra a pontra, hogy bejelentsék: 2011-re elkészülnek az első olyan számítógéppel, ami optikai adattovábbítást használ. Az áramköri lapkára épített optikai adatbusz akár a százszorosára gyorsíthatja a számítógépek sebességét a várakozási idők lecsökkentésével. A rendszert a világ második leggyorsabb szuperszámítógépéből, a Roadrunnerből veszik át.

A Roadrunner 2008-ban azzal vette át a vezetést a leggyorsabb gépek toplistáján, hogy az egyes szerverek közti adatátvitelt összesen 40 ezer optikai kapcsolattal oldotta meg. Bár az első helyet azóta átvette a Cray Jaguar nevű gépe, a most épülő Blue Waters nevű szuperszámítógép alighanem visszaviszi majd a címet az IBM-hez. Itt már egymillió optikai kapcsolat lesz a rendszerben, a sebesség pedig elvileg a tízszeresére is nőhet ettől; aztán az optikai linkek számának növelésével ez a következő generációkban (ezeket 2016-ra, illetve 2020-ra tervezik) újabb tízszeres gyorsulásokat várnak.

Az áramköri lapkára épített optikai adatbuszon 2003 óta dolgozik közösen az IBM három kutatólaborja és a DARPA, az amerikai védelmi minisztérium kutatás-fejlesztéssel foglalkozó ügynöksége. A jelenlegi optikai moduljaik másodpercenként 60-120 gigabites adatátviteli sebességet kínálnak, de egyelőre nagyon drága az előállításuk.