Intels Laserchips könnten Rechenzentren besser laufen lassen

Durch die Einführung einer Technologie, die herkömmliche Kupfer-Datenkabel durch schnellere optische Datenverbindungen ersetzt, hofft Intel, das Computing deutlich effizienter zu machen. Der Durchbruch erforderte von Intel, Laser und andere optische Komponenten auf Siliziumchips zu montieren, die normalerweise nur mit elektronischen Signalen umgehen.



Glasfaseroptik

Verbindung löschen: Diese als ClearCurve bezeichneten Glasfasern wurden von Corning und Intel entwickelt, um Kupferkabel zu ersetzen und Daten schneller zu übertragen. Der Siliziumwafer im Hintergrund ist mit Chips gemustert, die elektrische und optische Signale umwandeln können.

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Die erste Version dessen, was Intel seine Silizium-Photonik-Technologie nennt, kann Daten mit Geschwindigkeiten von 100 Gigabit pro Sekunde über ein Kabel mit einem Durchmesser von etwa fünf Millimetern übertragen. Intel wird es für die Verbindung von Servern in Rechenzentren anbieten, wo es PCI-E-Datenkabel ersetzen kann, die Daten mit bis zu acht Gigabit pro Sekunde übertragen, und Netzwerkkabel, die bestenfalls 40 Gigabit pro Sekunde erreichen. Die neueste Version des in Consumer-Geräten üblichen USB-Standards kann Daten mit nur fünf Gigabit pro Sekunde übertragen.





Wir führen dies in der Massenproduktion ein, und Intel hat beschlossen, eine erhebliche Investition zu tätigen, sagt Mario Paniccia, der seit Jahren die Silizium-Photonik-Forschung von Intel leitet und jetzt die Gruppe zur Kommerzialisierung leitet. Wir haben viele Kunden. Zukünftige Versionen der Technologie sollen außerhalb von Rechenzentren erscheinen, vielleicht in Verbraucheranwendungen.

Die Technologie von Intel kann die Kosten für den Betrieb eines Rechenzentrums – der großen Rechencluster, die Daten verarbeiten, Apps ausführen und Websites hosten – erheblich senken. Das liegt daran, dass eines der neuen optischen Kabel von Intel 10 oder mehr der relativ sperrigen PCI-E-Kupferkabel ersetzen kann, die Server verbinden, die auf demselben Rack gestapelt sind. Diese Kabel behindern den Luftstrom, der zum Kühlen von Servern verwendet wird. Rechenzentren unterscheiden sich in ihrer Effizienz, aber es ist typisch, dass die Kühlung etwa die Hälfte der Betriebskosten eines Rechenzentrums ausmacht.

Die Silizium-Photonik-Technologie von Intel kann auch verwendet werden, um herkömmliche Ethernet-Netzwerkkabel zu ersetzen. Es könnte Unternehmen ermöglichen, etablierte Methoden zur Organisation von Computern in Rechenzentren zu überdenken.



Intel hat eine kleine Platine entwickelt, die einem Server hinzugefügt werden kann, um ihn auf die optische Technologie aufzurüsten. Der wichtigste Teil davon ist ein kompaktes Modul, das einen oder mehrere Siliziumchips enthält (Intel sagt nicht, wie viele), die zwischen den elektronischen Signalen eines Computers und optischen Signalen, die über eine Faser transportiert werden können, hin und her konvertieren können. Zu den optischen Komponenten im Inneren der Chips gehören vier Siliziumlaser, die jeweils Daten mit einer Geschwindigkeit von 25 Gigabit pro Sekunde streamen können. Eine Karte kann mehr als einen dieser optischen Chips enthalten, je nachdem, wie viel Bandbreite benötigt wird. Intel arbeitete mit Corning zusammen, das vor allem für die Erfindung des Gorilla-Glases bekannt ist, das in vielen mobilen Geräten verwendet wird, um neue Anschlüsse und Kabel zu entwickeln, um die neuen optischen Boards zu verbinden.

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Die aktuelle Form der Technologie wurde durch das Feedback von Unternehmen wie Facebook, Microsoft und dem Cloud-Hosting-Unternehmen Rackspace geprägt, von denen sich einige zum Einsatz der Technologie verpflichtet haben, sagt Paniccia. Preise und Verfügbarkeit der Technologie wurden nicht bekannt gegeben, könnten aber eine bedeutende neue Einnahmequelle für Intel schaffen. Im Jahr 2012 wurden weltweit insgesamt 8,1 Millionen Server ausgeliefert, nach IDC , und viele Unternehmen wie Amazon, Apple und Facebook investieren massiv in Rechenzentren (siehe Inside Facebooks Not-So-Secret New Data Center ).

Intel arbeitet auch mit Betreibern von extrem leistungsstarken Computerclustern und Supercomputern zusammen, darunter nicht näher bezeichnete US-Regierungsbehörden. Geheimdienste wie die National Security Agency und die CIA sind dafür bekannt, Hochleistungscomputer zur Verarbeitung und Analyse von durch Überwachung gesammelten Daten zu verwenden.

Heutzutage sind Server in sich geschlossene Computer mit Prozessoren, Arbeitsspeicher und Speicher, die sich in einer einzigen Schicht eines Server-Rack befinden. Der Bandbreiten-Boost durch die Silizium-Photonik macht es möglich, stattdessen eine ganze Schicht eines Racks mit Prozessoren, eine andere mit Speicher und eine dritte mit Speicher zu füllen. Dies kann Upgrades beschleunigen und dazu beitragen, die Kühlung besser zu nutzen, indem sie auf die Komponenten geleitet wird, die sie am dringendsten benötigen, sagt Pannicia.



Einige Partner von Intel erwägen eine extremere Version dieses Ansatzes. Speicher, Prozessoren und Datenspeicher würden in völlig separaten Schränken untergebracht, die alle mit optischen Verbindungen verbunden sind. Das könnte weitere Verbesserungen bei Wartung und Kühlung ermöglichen. Es könnte auch ermöglichen, dass der Speicher virtualisiert wird, sodass er bei Bedarf dynamisch Software und Servern zugewiesen wird, ein effizienterer Ansatz, als ihn an bestimmte Server zu binden.

Andy Lawrence, Vizepräsident für Forschung für Rechenzentrumstechnologien bei der 451 Group, einem Analyseunternehmen, sagt, dass der optische Durchbruch den größten Einfluss auf das Design von Rechenzentren haben wird. Betreiber von Rechenzentren sind nicht gerade durch die vorhandene Kupfertechnologie eingeschränkt, aber sie sind sehr eingeschränkt in der Anordnung ihrer Ausrüstung [und] beim Design ihrer Rechenzentren, sagt er. Siliziumphotonik soll Designer befreien.

Intels Technologie nutzt die Tatsache, dass das Silizium, das zur Herstellung von Computerchips verwendet wird, für Infrarotlicht transparent ist, während Siliziumoxid, ein übliches Merkmal von Chips, dafür undurchsichtig ist. Licht kann innerhalb einfacher Siliziumrohre mit Siliziumoxidbeschichtung um die Oberfläche eines Computerchips gelenkt werden, Strukturen, die mit herkömmlichen Chipherstellungstechniken leicht hergestellt werden können.

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Paniccias Team musste jedoch große wissenschaftliche Fortschritte in der Optik erzielen, um Wege zu finden, die anderen Komponenten eines lichtbasierten Kommunikationssystems auf einem Siliziumchip herzustellen. Die wichtigsten Teile dieser Bemühungen waren die Entwicklung eines Siliziumlasers (siehe Bringing Light to Silicon), eines Siliziummodulators zum Kodieren von Daten in einen Laserstrahl (Moving Toward a Terascale Computer) und einer Siliziumkomponente zur Umwandlung eines Lichtsignals in ein elektronisches one (Intel vervollständigt Silicon Photonics Trifecta).

Intel hat seit 2010 nicht mehr öffentlich über das Projekt gesprochen, als es den ersten funktionierenden Chip zeigte, der all diese Komponenten enthält (siehe Computing at the Light Speed ​​). In den letzten zwei Jahren haben wir herausgefunden, wie wir das in großen Mengen herstellen können, sagt Paniccia, obwohl er keine Details zu den Lösungen mitteilen wird, die Intel entwickelt hat. Obwohl Intel bei der Siliziumphotonik den Konkurrenten weit voraus ist, arbeiten IBM, HP und einige kleinere Unternehmen an einer ähnlichen Technologie.

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