تراشه‌ای که رکورد سرعت انتقال را جابجا کرد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،محققان مرکز اپتیک فوتونیک و لیزر (COPL) در دانشگاه لاوال واقع در کانادا موفق به توسعه یک تراشه نوری بسیار کوچک و فوق‌پیشرفته شده‌اند که به گفته آنان می‌تواند انقلاب بزرگی در عرصه انتقال داده و عملکرد مراکز داده ایجاد کند. این تراشه قادر است اطلاعات را با سرعت ۱۰۰۰ گیگابیت بر ثانیه انتقال دهد، در حالی که تنها کسری از انرژی مورد نیاز فناوری‌های کنونی را مصرف می‌کند.

این تراشه که ضخامت آن تنها به اندازه یک تار مو است، به جای استفاده از جریان برق برای انتقال داده از نور بهره می‌برد و از همین‌رو در دسته فناوری‌های فوتونیک قرار می‌گیرد. به گفته پژوهشگران این رویکرد باعث افزایش چشمگیر بهره‌وری انرژی در مقایسه با سیستم‌های سنتی مبتنی بر الکترون شده است.

افزایش چشمگیر سرعت انتقال داده

به گزارش Interesting Engineering در حال حاضر فناوری‌های موجود معمولاً قادر به انتقال داده با حداکثر سرعت ۵۶ گیگابیت بر ثانیه هستند. اما این تراشه جدید جهشی عظیم در این حوزه رقم زده و سرعت انتقال داده را به هزار گیگابیت بر ثانیه رسانده است. علیرضا گراوند، دانشجوی دکترای دانشگاه لاوال و نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: ما از سرعت ۵۶ گیگابیت بر ثانیه به ۱۰۰۰ گیگابیت در ثانیه جهش کردیم.

وی ادامه داد: با این سرعت می‌توان یک مجموعه داده آموزشی معادل بیش از ۱۰۰ میلیون کتاب را در کمتر از ۷ دقیقه منتقل کرد؛ تقریباً معادل زمانی که برای دم کردن یک فنجان قهوه لازم است.

مصرف انرژی بسیار پایین

ویژگی منحصر‌به‌فرد دیگر این تراشه مصرف فوق‌العاده پایین انرژی آن است. بر اساس یافته‌های تیم تحقیقاتی این تراشه تنها ۴ ژول انرژی برای انتقال داده در این سطح مصرف می‌کند. این مقدار معادل انرژی مورد نیاز برای گرم کردن یک میلی‌لیتر آب به اندازه یک درجه سانتی‌گراد است؛ رقمی بسیار پایین که می‌تواند نقش مهمی در کاهش مصرف برق مراکز داده ایفا کند.

رمزگذاری داده با نور

این پیشرفت فناورانه با تکیه بر استفاده از ماژولاتور‌های ریزحلقه‌ای (microring modulators) حاصل شده است. این ماژولاتور‌ها ساختار‌های حلقوی شکلی از جنس سیلیکون هستند که می‌توانند نور را برای رمزگذاری اطلاعات به صورت بهینه تغییر دهند.

در این تراشه دو جفت از این ماژولاتور‌ها به‌کار رفته‌اند؛ یکی برای کنترل شدت نور و دیگری برای تغییر حالت آن. این رویکرد دوگانه پهنای باند بسیار بالاتری را در فضای فیزیکی بسیار کوچکتری فراهم می‌سازد. در واقع این ساختار باعث می‌شود حجم داده بیشتری در زمان کوتاه‌تر و با مصرف انرژی پایین‌تر انتقال یابد.

کاربرد در مراکز داده هوش مصنوعی

گراوند در این باره توضیح داد: مراکز داده امروزی به ده‌ها یا حتی صد‌ها هزار پردازنده نیاز دارند که باید مدام و در فواصل بسیار با یکدیگر در ارتباط باشند. هرچند اندازه هر پردازنده تنها چند میلی‌متر است، اما کل سیستم می‌تواند گستره‌ای به طول چند کیلومتر را پوشش دهد. در نتیجه، انرژی مورد نیاز برای ارتباط بین آنها بسیار بالا می‌رود.

وی افزود: با استفاده از این فناوری جدید، می‌توان واحد‌های پردازشی را به گونه‌ای به هم متصل کرد که گویی فقط چند متر از هم فاصله دارند. این ویژگی می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی در کاهش انرژی مصرفی و افزایش بهره‌وری در مراکز داده‌ای که به‌طور خاص در حوزه هوش مصنوعی فعالیت می‌کنند، داشته باشد.

فناوری در آستانه تجاری‌سازی

هرچند این فناوری در حال حاضر همچنان در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد، اما به نظر می‌رسد فاصله زیادی تا تجاری‌سازی آن وجود نداشته باشد. به‌ویژه آن‌که شرکت‌هایی مانند NVIDIA پیش‌تر به استفاده از ماژولاتور‌های ریزحلقه‌ای روی آورده‌اند، هرچند در نسخه‌های فعلی تنها شدت نور را کنترل می‌کنند.

آنچه که فناوری دانشگاه لاوال را متمایز می‌کند، افزودن بعد کنترل حالت نور به آن است؛ نوآوری که می‌تواند عملکرد نهایی را چندین برابر افزایش دهد و گام بزرگی به سوی تحقق ابررایانه‌های فوتونیک و هوش مصنوعی با سرعت نور باشد.

علیرضا گراوند در پایان تأکید کرد: ده سال پیش آزمایشگاه ما بستر تحقیقاتی لازم برای این فناوری را فراهم کرد. امروز توانستیم آن را به سطح کاملاً جدیدی برسانیم. امیدواریم طی چند سال آینده، صنعت نیز این فناوری را به کار گیرد و ما شاهد ورود آن به دنیای واقعی باشیم.