La technologie d’émission-réception et de routage photonique sur silicium ouvre une nouvelle ère pour les supercalculateurs
«Une conception intégrant la communication puce-à-puce dans une carte mère de serveur et au sein d’un même rack constitue actuellement le nœud gordien de l’industrie des serveurs haut de gamme; elle permettrait de réduire l’espace physique, la complexité des réseaux et les ressources (commutateurs et câbles), et d’obtenir une meilleure performance par watt», déclare Nikos Pleros, coordinateur du projet ICT-STREAMS financé par l’UE. «La nouvelle feuille de route pour les cartes mères des serveurs implique d’étudier des solutions qui permettent d’intégrer un nombre croissant de processeurs sur des cartes multi-connecteurs (MSB, multi-socket boards) afin d’augmenter les performances à un coût et avec une enveloppe énergétique réduits, ce qui limiterait également les besoins en espace physique et augmenterait les densités de débit.»
Une gamme complète de dispositifs de routage et d’émetteurs-récepteurs mid-board
Les partenaires du projet ont développé un système complet d’interconnexion directe entre les puces optiques sur carte (on-board) pour les MSB avec un débit bidirectionnel global de 25,6 Tb/s entre les connecteurs du processeur. Pour y parvenir, ils se sont appuyés sur l’interfaçage des connecteurs de processeur avec des émetteurs-récepteurs photoniques sur silicium (Si) à haute fréquence qui communiquent en exploitant les capacités de routage des longueurs d’onde d’une plate-forme de routage entièrement passive reposant sur un réseau de guides d’ondes photoniques sur silicium. Les puces d’émission-réception et de routage photonique sur silicium de la configuration MSB peuvent communiquer via une carte de circuit imprimé électro-optique (EOPCB) à haute fréquence qui agit comme une plate-forme d’interconnexion optique à faibles pertes et prend en charge la connectivité à la fois en radiofréquence (RF) et en courant continu (DC) pour les émetteurs-récepteurs actifs.
Augmenter la densité et le débit des cartes mères des serveurs
«ICT-STREAMS devrait permettre de résoudre les problèmes actuels de largeur de bande et de latence de commutation dans les configurations multi-connecteurs puce-à-puce, en permettant un débit global de 25 Tb/s, sans conflit, des mouvements de données massifs ponctuels pour les interconnexions multi-connecteurs de type «any-to-any», en supportant ainsi de nouvelles architectures à l’échelle du rack pour les concepts de ventilation des ressources de calcul, de mémoire et de stockage», explique Nikos Pleros. Ses moteurs optiques repoussent les limites des performances de la technologie des émetteurs-récepteurs, grâce à un certain nombre de canaux (16x) de multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM) et à un canal de débit de données (50 Gb/s) vers un moteur optique d’une capacité de traitement de 0,8 Tb/s. Son EOPCB polymère monomode utilisant un concept de couplage optique adiabatique avec des interfaces d’entrée/sortie à haute densité, à haute fréquence RF et optiques permet un assemblage puces à carte en une seule étape, réduisant ainsi les délais et les coûts de fabrication. «Le système innovant de compensation de la dérive thermique devrait avoir un impact significatif sur l’applicabilité réelle de la technologie de la photonique sur silicium en surveillant et en contrôlant les composants photoniques WDM Si de manière non invasive», explique Theoni Alexoudi, responsable technique de ICT-STREAMS. «Les résultats récents qui seront présentés lors de la conférence sur les réseaux et communications optiques à San Diego en mars prochain expliqueront l’interconnexion sans erreur puce-à-puce dans un environnement où la température fluctue.» «La technologie ICT-STREAMS exploite la photonique WDM sur silicium pour améliorer considérablement la densité et le débit des cartes mère des serveurs de pointe», conclut Miltos Moralis-Pegios, chercheur principal du projet. «En même temps, elle repousse les limites de performance des interconnexions optiques en offrant des avancées significatives dans les domaines des moteurs optiques, de l’optique et de l’assemblage embarqués, de la compensation de la dérive thermique, de l’intégration des lasers III-V sur silicium, de l’amplification en ligne et de la conception architecturale HPC/DC», ajoute Stelios Pitris, également chercheur principal.
Mots‑clés
ICT-STREAMS, routage, débit, émetteur-récepteur, carte mère de serveur, processeur, puce-à-puce, WDM, MSB, photonique sur silicium
