Передача даних у 10 разів швидше USB

Як повідомляє «MIT News», дослідниками створено систему передачі даних, яка поєднує високочастотні кремнієві мікросхеми з полімерним кабелем товщиною з волосину. Схоже на те, що нова технологія здатна на порядок підвищити енергоефективність центрів обробки даних та зменшити навантаження на комунікації. Це – неймовірно, але факт!

Нова технологія передачі даних

Дослідники Массачусетського технологічного Інституту розробили систему передачі даних, яка спроможна передавати інформацію у 10 разів швидше, ніж це сьогодні робить універсальний послідовний інтерфейс USB. Інновацію створено на основі поєднання високочастотних кремнієвих мікросхем з надтонким полімерним кабелем. Розробники заявили, що в результаті такого рішення суттєво підвищується енергоефективність центрів обробки даних. Більше того! З іншої сторони зменшується навантаження на буквально нашпиговані електронікою супутники. 

Апробація результатів дослідження

Результати дослідження були представлені цьогоріч на лютневій Міжнародній конференції твердотільних мікросхем (IEEE International Solid-State Circuits Conference). Автором винаходу є Джек Холлоуей, який закінчив докторську дисертацію на факультеті електротехніки та обчислювальної техніки (EECS) MIT минулої осені і зараз працює в американській військово-промисловій компанії Raytheon. Зауважимо, що «Рейтеон» є найбільшим постачальником озброєння і військової техніки для збройних сил США і їхніх союзників. Тому нова розробка напевне матиме неабияке значення для розвитку озброєнь. Співавторами виступили Руонан Хан (Ruonan Han), доцент і доктор філософії Холлоуей в EECS, та Георгіос Догіаміс (Georgios Dogiamis), старший науковий співробітник Intel.

Необхідність швидкого обміну даними особливо очевидна в епоху віддаленої роботи. Вибух обсягів інформації зумовлений передачами між комп’ютерами, підтримкою хмарних обчислень, роботою і Інтернеті тощо. І багато того, що передається, проходить звичайним. Але мідні дроти, як ті, що знаходяться в кабелях USB або HDMI, споживають енергії. Особливо багато її марно втрачається, коли йдеться про великі навантаження під час передачі даних. Про це свідчить й принциповий компроміс між кількістю витраченої енергії та швидкістю обміну. Для зменшення втрат зазвичай вдавалися до збільшення кількості ліній передач, що у свою чергу призводило до зростання громіздкості й ціни мідних кабелів.

There’s an explosion in the amount of information being shared between computer chips — cloud computing, the internet, big data. And a lot of this happens over conventional copper wire… There’s a fundamental tradeoff between the amount of energy burned and the rate of information exchanged.

Jack Holloway

Але кращою альтернативою мідного дроту виявляється волоконно-оптичний кабель, хоча і у нього є свої проблеми. Тоді як мідні дроти використовують електричну сигналізацію, волоконна оптика застосовує фотони. Це дозволяє волоконно-оптичним апаратам передавати дані швидко і з невеликим витрачанням енергії. Але кремнієві комп’ютерні мікросхеми, як правило, не узгоджуються з фотонами, що зумовлює труднощі взаємозв’язку між волоконно-оптичними кабелями та комп’ютерами.

Щодо актуальності винаходу

На даний момент не існувало має способу ефективно генерувати, посилювати або виявляти фотони у кремнії. Існуючі дорогі та складні адаптери (схеми інтеграції) з економічної точки зору є не кращим рішенням. Це спонукало дослідників розробити власний адаптер.

There’s currently no way to efficiently generate, amplify, or detect photons in silicon. There are all kinds of expensive and complex integration schemes, but from an economics perspective, it’s not a great solution.

Jack Holloway

Знайдене командою розробників рішення спирається на переваги як мідних, так і волоконно-оптичних провідників, а також одночасно позбавляється від їхніх недоліків. Полімерний пластик легший і потенційно дешевший у виробництві, ніж традиційні мідні кабелі. А коли полімерна «ланка» працює з електромагнітними сигналами частотою до терагерца, вона виявляється ще й набагато ефективнішою щодо розсіювання енергії, ніж мідь. Ефективність нового пристрою конкурує з оптоволоконною, але має ключову перевагу — вона забезпечує безпосередню сумісність з кремнієвими чіпами.

Отже, команда спроектувала недорогі мікросхеми для під’єднання до полімерних провідників. Як правило, кремнієві мікросхеми працюють на частотах до терагерцу. Але винайдення нових мікросхем дозволяє генерувати високочастотні сигнали з потужністю, достатньою для безпосередньої передачі даних до оптопроводу. Такий зв’язок з кремнієвими електронними компонентами означає, що система передачі може виготовлятися за стандартними, економічно ефективними технологіями.

Переваги винаходу

Крім енергетичних показників, нова перехідна «ланка» також переважає мідь за розмірами. Перетин полімерного кабелю становить 0,4 кв. міліметра. Отже, він надзвичайно крихітний, співрозмірний з пасмом волосся. Проте,попри невеликий розмір, полімерний кабель може витримувати величезні навантаження даних, оскільки передача сигналів відбувається паралельно трьома різними, рознесеними по частоті каналами.

Загальна пропускна здатність зв’язку після запровадження інновації становитиме 105 гігабіт на секунду. Це майже на порядок швидше, ніж здатний забезпечити найкращий мідний USB-кабель. У подальших дослідженнях розробники сподіваються зробити полімерні провідники ще швидшими і дешевшими. Потенційно досяжна швидкість передачі даних у цьому випадку може дорівнювати одному терабіту на секунду, а ціна бути ще нижчою.

Хто перший у черзі за винаходом?

Дослідники припускають, що першими впроваджувачами їхнього винаходу стануть ферми серверів (server farms), оскільки вони зможуть різко зменшити потреби енергетичних центрів обробки даних в електроенергії. Серед піонерів очікують ще на дві галузі:

  • аерокосмічну промисловість;
  • автомобілебудування.

Вони приречені на потребу в інновації, оскільки постійно потребують у все більшій кількості невеликих за розмірами і легких пристроїв. Не за горами також і той час, коли споживчі електронні кабелі у наших будинках і офісах будуть масово замінюватися на полімерні.

It’s far less costly than [copper or fiber optic] approaches, with significantly wider bandwidth and lower loss than conventional copper solutions. So, high fives all round.

Jack Holloway

На останок додамо, що згадане дослідження частково фінансували Intel, Raytheon, Морська дослідна лабораторія та Управління морських досліджень Сполучених Штатів Америки.

При підготовці новини використано матеріал статті New Data Transfer System Is 10 Times Faster Than USB and Uses Polymer Cable As Thin a Strand of Hair. Можливо, вам також сподобається стаття з рубрики новин, яка присвячена визнанню прав машин. Приємного читання! 

 

Ліцензія Creative Commons
Цей матеріал ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons: Зазначення Авторства 4.0 — «Міжнародна».

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *