Ricerca IBM: presto tutta la potenza di un supercomputer in un piccolo chip

Continuano i progressi nell’utilizzo della luce al posto dei cavi

Milano - 06 dic 2007: Supercomputer grandi quanto due campi da tennis che richiedono chilometri di cablature in rame per collegare i propri "cervelli" informatici potranno un giorno entrare in un semplice computer portatile. Inoltre mentre i velocissimi supercomputer ora possono arrivare a consumare una quantità di energia pari al fabbisogno di centinaia di case, questi piccoli supercomputer su chip del futuro non consumeranno più dell’equivalente energetico di una semplice lampadina. Questo è il risultato che si potrà avere anche grazie alla scoperta dei ricercatori IBM annunciata oggi.

In un articolo pubblicato nella rivista specializzata “Optic Express”, i ricercatori IBM hanno illustrato l’importantissima scoperta che permetterà di inviare su un chip le informazioni tra i “core” (i “cervelli”) multipli di un chip utilizzando pulsazioni di luce attraverso il silicio al posto dei tradizionali segnali elettrici nei cavi.  

La scoperta – nota nel settore come modulatore elettro-ottico al silicio Mach-Zender – è un modulatore da 100 a 1000 volte più piccolo rispetto ai tradizionali modulatori della stessa categoria. Questo favorirà la nascita di molti altri dispositivi del genere che permetteranno un giorno di integrare le reti ottiche di interconnessione in un singolo chip, riducendo drasticamente i costi, i consumi energetici e il calore generato ma allo stesso tempo consentendo un aumento della larghezza di banda per le comunicazioni tra i vari nuclei di più di cento volte rispetto ai chip cablati.

“ Si sta lavorando sia in IBM che nel resto del settore per  poter arrivare ad inserire il maggior numero possibile di core in un singolo chip, ma i dispositivi di comunicazione su chip odierni si surriscalderebbero e non sarebbero sufficientemente veloci da gestire un tale aumento dei carichi di lavoro" ha detto Will Green, lead scientist IBM per il progetto. “Questo progetto rappresenta un notevole passo avanti nella creazione di un metodo - per connettere questi core - estremamente pratico ed economico in termini di consumi energetici, mai sperimentato prima.”

Oggi, uno dei chip più avanzati al mondo,  il processore Cell Broadband Engine - cuore della Playstation 3 – contiene già nove core in un singolo chip.  La nuova tecnologia mira alla creazione di un metodo a bassi consumi che permetta l’interconnnessione di centinaia di migliaia di core su di un chip minuscolo, attraverso l’eliminazione di tutto il cablaggio normalmente necessario in questo tipo di funzione.  Utilizzare la luce al posto dei fili per inviare informazioni tra core può aumentare la velocità di trasmissione di 100 volte e ridurre l’energia consumata di 10 volte.

“ Siamo convinti che questo sia un progresso importante nel campo dei dispositivi nanofotonici al silicio su chip” ha aggiunto il Dottor Green. “Proprio come le reti a fibre ottiche hanno favorito la rapida diffusione di Internet, consentendo agli utenti di scambiare quantità enormi di dati ovunque nel mondo, allo stesso modo la tecnologia IBM sta introducendo simili funzionalità nel campo dei chip informatici.

La relazione su questo progetto, intitolato "Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator"  redatta da William M. J. Green, Michael J. Rooks, Lidija  Sekaric, e Yurii A. Vlasov del T.J.Watson Research Center IBM di Yorktown  Heights,  N.Y. è disponibile on line sul sito della rivista Optics Express. Questo progetto è stato anche in parte supportato dalla Defense Advanced Research Projects Agency  (DARPA), attraverso il programma del Defense  Sciences  Office “Slowing, Storing and Processing Light”.

Tappe storiche nelle tecnologie di innovazione dei microchip

 L’annuncio fatto oggi corona un decennio di ricerca e innovazione da parte dei centri IBM che ha rivoluzionato il settore IT con l’introduzione di nuovi materiali e prodotti,  più piccoli, più potenti e più economici in termini energetici.

La scoperte pionieristiche di IBM che si basavano sull'utilizzo dei cavi in rame al posto di quelli in alluminio, svelate al pubblico nel 1997, procurarono nel settore un calo immediato del 35% nella resistenza al flusso di elettroni e un aumento del 15% delle prestazioni dei chip.

Da allora , i ricercatori IBM hanno continuato il loro lavoro per il potenziamento delle prestazioni seguendo il percorso iniziato dalla Legge di Moore.

Solo nel 2007 IBM ha raggiunto importanti traguardi:

- High-k metal gates (gennanio 2007) – La soluzione di uno dei problemi più fastidiosi per il settore, vale a dire le correnti parassite nei transistor. Con l’utilizzo dei nuovi materiali, IBM sarà in grado di creare chip con tecnologia "high-k metal gates" per ottenere prodotti con performance migliori, più piccoli e minore consumo di energia.

- eDRAM (febbraio 2007) - Sostituendo SRAM con la nuova e più veloce DRAM integrata sul  chip di un microprocessore, IBM annuncia che sarà in grado di triplicare la quantità di memoria incorporata e di aumentare le performance in modo significativo.

- 3-D Chip Stacking (aprile 2007) - IBM annuncia la creazione di chip tridimensionali “through silicon vias”, permettendo così una sovrapposizione verticale dei semiconduttori invece di posizionarli orizzontalmente uno accanto all'altro.   In questo modo viene diminuita la lunghezza dei percorsi dei circuiti critici fino a 1.000 volte.

- Airgap (maggio 2007) - Utilizzando una nanotecnologia "self assembly" IBM ha creato un vuoto tra i chilometri di cavi all’interno di un microprocessore Power Architecture, che riduce la “capacitanza” indesiderata, migliora le prestazioni e consente un consumo energetico più basso.

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L'Optical Modulator di IBM

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