Ученые создали прототип, который открывает путь к созданию световых процессоров с кэш-памятью, работающей на частоте до 60 ГГц — примерно в 20 раз быстрее, чем некоторые современные кэши процессоров. Функциональный регенеративный «фотонный триггер памяти», изготовленный на базе коммерчески доступной фотонной платформы GlobalFoundries’ 300mm Fotonix, разработан как оптический аналог стандартного бита SRAM и позиционируется командой как недостающий компонент для полностью фотонных процессоров. Однако, прежде чем технология сможет быть полностью интегрирована в оптические процессоры, потребуется дальнейшее улучшение плотности размещения элементов.
Прототип решает две проблемы, которые сдерживают современные высокопроизводительные системы — задержки при межсоединениях и стоимость многократного преобразования информации между оптическим и электрическим доменами.
Фотонные ускорители и оптические интерпозеры способны передавать данные с чрезвычайно высокой скоростью, но они по-прежнему зависят от электронных запоминающих устройств для хранения и обновления битов. Это вынуждает каждый путь данных переходить в электрическую область, прежде чем вернуться к свету. В данном исследовании инженеры из Университета Южной Калифорнии (USC) и Вашингтонского университета (UW) устранили этот пробел, создав систему памяти, которая хранит, стабилизирует и выводит данные полностью в виде света.
Их устройство использует перекрестную дифференциальную архитектуру, параллельную работе ячейки SRAM. Исследовательская группа под руководством Аджея Джейкоба (Ajey Jacob) из USC ISI и Ахилеша Джайсвала (Akhilesh Jaiswal) из UW-Madison описывает его как триггер, который можно записывать оптически и который сохраняет свое состояние без дрейфа. Авторами уже опубликованы симуляционные исследования, изучающие, как архитектура триггера может быть масштабирована до полноценной фотонной системы SRAM, где триггер выступает в роли оптического эквивалента одного бита SRAM.
Исследование UW-Madison описывает ожидаемую производительность конструкции: скорость записи приближается к 20 ГГц, а смоделированная скорость чтения достигает 50-60 ГГц. Эти показатели значительно превышают тактовые частоты электронных SRAM, используемых в современных ЦП и ускорителях, которые обычно не превышают 2-3 ГГц.
Однако эти более высокие скорости достигаются за счет компромиссов в размере: фотонные компоненты остаются на порядки больше наноразмерных КМОП-транзисторов, что сильно ограничивает плотность. Вместо этого исследователи указывают на приложения, где размер является менее ограничивающим фактором, например, высокоскоростные каналы связи внутри центров обработки данных и HPC-систем.
Решение изготовить триггер на платформе GlobalFoundries’ Fotonix означает, что технологию можно будет легче воспроизводить и масштабировать, чем если бы она зависела от специализированных материалов или нестандартных этапов производства, как это часто бывает в исследованиях оптической памяти.
Исследователи из Института информационных наук Университета Южной Калифорнии и Университета Висконсин-Мэдисон представили свою работу на Международном симпозиуме электронных устройств (International Electron Devices Meeting) в Сан-Франциско с 6 по 10 декабря.
Автор – Luke James
