Massiivisesti rinnakkaiset optiset linkit CMOS-piirille

Tekoälyjärjestelmät lupaavat muutosta, mutta niiden kasvua ovat rajoittaneet energiatehokkuus ja tiedonsiirron pullonkaulat.

Columbia Engineeringin tutkijat ovat julkistaneet uraauurtavan ratkaisun: 3D-fotonis-elektronisen alustan, joka saavuttaa ennennäkemättömän energiatehokkuuden ja kaistanleveyden tiheyden, ja tasoittaa siten tietä seuraavan sukupolven tekoälylaitteistolle.

Tutkimus "3D Photonics for Ultra-Low Energy, High Bandwidth-Density Chip Data Links", jota johtaa professori Keren Bergman, julkaistiin Nature Photonicsissa.

Tutkimus esittelee uraauurtavaa menetelmää, jossa fotoniikka integroituu edistyneeseen CMOS-elektroniikkaan energiatehokkaan ja suuren kaistanleveyden dataliikenteen uudelleen määrittelemiseksi.

Tämä innovaatio vastaa kriittisiin haasteisiin tiedonsiirrossa, mikä on jatkuva este nopeampien ja tehokkaampien tekoälytekniikoiden toteuttamiselle.

"Tässä työssä esittelemme teknologian, joka pystyy siirtämään valtavia määriä dataa ennennäkemättömän alhaisella energiankulutuksella", Bergman sanoi. "Tämä innovaatio murtaa pitkään jatkuneen energiaesteen, joka on rajoittanut tiedonsiirtoa perinteisissä tietokone- ja tekoälyjärjestelmissä."

Työssä kehitettiin 3D-integroitu fotonis-elektroninen siru, jossa on 80 fotonilähetintä ja -vastaanotinta kompaktilla sirualalla.

Alusta tarjoaa suuren 800 Gb/s kaistanleveyden poikkeuksellisella energiatehokkuudella kuluttaen vain 120 femtojoulea bittiä kohden. Kaistanleveyden tiheydellä 5,3 Tb/s/mm² tämä innovaatio ylittää huomattavasti nykyiset vertailuarvot.

Alhaisiin kustannuksiin suunniteltu siru integroi fotonipiirit CMOS-elektroniikkapiireihin ja hyödyntää kaupallisissa valimoissa valmistettuja komponentteja, mikä luo pohjan laajalle käyttöönotolle teollisuudessa.

3D-integroimalla fotonisia ja elektronisia siruja tällä tekniikalla saavutetaan vertaansa vailla olevaa energiansäästöä ja korkea kaistanleveystiheys, mikä on vapaa perinteisistä datan paikallisuuden rajoituksista.

Tämän innovatiivisen alustan avulla tekoälyjärjestelmät voivat siirtää tehokkaasti valtavia tietomääriä tukemalla hajautettuja arkkitehtuureja, jotka olivat aiemmin epäkäytännöllisiä energia- ja latenssirajoitusten vuoksi.

Työnsä johtopäätöksissä tutkijat toteavat: Vaikka tämän tekniikan potentiaalinen vaikutus energiatehokkaan tekoälytekniikan kehitykseen on ilmeinen, sen käyttö voi ulottua kauaskantoisiin sovelluksiin.

Nämä vähäisen tehonkäytön, massiivisesti rinnakkaiset optiset linkit voisivat mahdollistaa laajan laitteiden liitettävyyden ja muuttaa tietojenkäsittelyä virtaviivaistamalla resurssien allokointia optisesti linkitettyjen, eriteltyjen ja uudelleenkonfiguroitavien laskenta- ja muistiresurssien avulla, mikä mullistaa laskentaympäristön seuraavan vuosikymmenen aikana ja sen jälkeen

Aiheesta aiemmin:

Fotoniikalla vauhdittaen

Fotoniikkaa mikropiiriin