IBM新晶片技術讓Exascale運算不再遙不可及

IBM週三(12/1)發表一種新的晶片技術，透過將電子與光學元件整合在單一晶片中，以光脈衝取代電子訊號進行傳輸，可較傳統技術開發出更小、更快、更省電的晶片，為未來的「百萬兆級」(exascale)運算奠定良好基礎。

這項新技術稱為「CMOS整合式矽晶奈米光子」(CMOS Integrated Silicon Nanophotonics)，是IBM研究中心耗費十年的重大成果。此專利技術不但號稱能改變目前電腦晶片的通訊方式，還能以現行的晶圓製造技術，提升10倍的整合密度。

IBM表示，矽晶奈米光子技術將大幅增加晶片的速度與效能，有助於實現IBM進行中的Exascale超級電腦開發計畫，希望能在一秒內執行一百萬兆次運算，亦即Exaflop，速度可較目前最快的電腦提升1000倍。

IBM研究中心科學與技術副總裁T.C. Chen博士指出，矽晶奈米光子技術能讓晶片上(on-chip)光學互連更接近事實，透過將光學通訊元件內建在處理器晶片中，低功耗的Exaflop速度電腦系統，不再是遙不可及夢想。

除了在單晶片上結合電子和光學元件外，這項新技術能採用標準CMOS製造技術，無需新增特殊設備。因此，矽晶電晶體能和矽晶奈米光子能共享相同的矽晶層。為達到此一目標，IBM科學家開發出一系列高整合度的超小尺寸主動和被動奈米光子元件，使其能微縮至不產生繞射的最小尺寸。

IBM表示，僅需要在標準CMOS製程中增加幾道程序，就能將調制器、光學偵測器、高密度分波多工器等光學元件整合到高效能類比和數位CMOS電路中。因此，未來在標準CMOS晶圓廠中，就可製造單晶片光學通訊收發器，而不再需要採用昂貴的複合半導體技術。

此外，這項技術亦展現出絕佳的光學與電子元件的整合度，單一收發器通道僅佔需0.5mm平方，這是現有方案的十分之一。未來，一個4mm平方大小的單晶片收發器就能每秒接收與傳送超過Terabits的資料。

這項研究成果已於週三(12/1)在東京舉行的Semicon會議中正式發表。(編譯/范眠范眠)