La muerte de la Ley de Moore se ha discutido de un lado a otro entre ingenieros y expertos varias veces en este punto. Y a medida que los transistores basados en silicio se vuelven cada vez más pequeños, los fabricantes han tenido que lidiar con mayores densidades de temperatura (más transistores en un área más pequeña, generando más calor), sin mencionar otros problemas que surgen naturalmente al empacar transistores más pequeños y más rápidos.
E incluso cuando las tecnologías de chiplet como InFO_LI de TSMC y la tecnología Foveros 3D de Intel han permitido una mayor funcionalidad y la capacidad de emparejar múltiples chips en el mismo sustrato, conectar esos chips entre sí aún requiere cables eléctricos que transporten electrones. Los electrones voladores significan temperaturas más altas (por viajar a través de la resistencia de los semiconductores) y un mayor consumo de energía. Según lo cubierto por The Register, la startup Lightmatter tiene otra idea: conectar chips sin cableado eléctrico por completo. La empresa recurrió a HotChips con su alternativa: la fotónica.
«Las matrices de chips interconectados eléctricamente sufren fundamentalmente problemas, incluido el consumo de energía concatenado», dijo Nicholas Harris, fundador y director ejecutivo de Lightmatter en la presentación de HotChips de la compañía.
El problema es claro y ya ha sido bien identificado: cuantos más chiplets se conecten en un solo paquete, más interconexiones deben tener esos chiplets entre sí para intercambiar los datos necesarios para el cálculo. Si bien la electricidad es un medio rápido, no es el más rápido disponible; ese premio está reservado para la luz. La tecnología Passage de la compañía tiene como objetivo llevar la fotónica a la era de los chiplets, al permitir que diferentes chips se interconecten a través de guías de ondas nanofotónicas. Básicamente, utilizan fotones (en lugar de los electrones más ubicuos) para transportar información, con una pérdida de señal extremadamente baja y un ancho de banda mucho mayor.
Curiosamente, la propia AMD ha estado explorando diseños fotónicos que también podrían permitir la transferencia de información para sus arquitecturas. Por su parte, Intel tiene todo un centro de investigación dedicado a ello.
“El pasaje se corta en cubitos de una oblea de fotónica de silicio de 300 mm que incluye láseres, moduladores ópticos, fotodetectores y transistores, todos integrados uno al lado del otro en la plataforma”, continuó Harris.
Los chips que se van a interconectar (como ASIC, CPU, GPU o chips de memoria) se colocan encima de este «sándwich» alimentado por fotónica.
“Debido a que Passage tiene láseres y transistores integrados, los chips empaquetados conjuntamente no tienen que lidiar con ninguna de las complejidades de los elementos fotónicos de transmisión, recepción o conmutación de circuitos”, dijo Harris. “Cada mosaico de Pasaje puede albergar una serie de fichas heterogéneas. Por ejemplo, un mosaico puede contener dos tipos diferentes de ASIC y tal vez dos pilas de HBM”.
La compañía afirma que su enfoque brinda tiempos de salto de menos de 2 nanosegundos entre el punto de entrada y salida de la información, independientemente de la distancia entre los puntos (por lo que los chiplets más lejanos se comunicarán tan rápido como los más cercanos). Las guías de ondas nanofotónicas utilizadas por Lightmatter tienen ventajas sobre las interconexiones de fibra óptica tradicionales, ya que son mucho más pequeñas: la compañía dice que puede acomodar hasta 40 guías de ondas en el espacio de una sola fibra óptica.
Según Lightmatter, esto les permite proporcionar 96 TBps de ancho de banda a cada troquel. Compare eso con el ancho de banda teórico máximo de AMD Infinity Fabric de 800 Gbps. La comunicación fuera del chip, desde Passage hasta otros sistemas a través de arreglos de fibra, alcanza un máximo de alrededor de 16 TBps.
Además, dado que Passage es una interconexión en un paquete totalmente personalizable, los fabricantes ya no tienen que diseñar sus propios diseños de interconexión (como Infinity Fabric de AMD o EMIB de Intel). Simplemente pueden colocar sus dispositivos en un Pasaje alimentado por fotónica que puede acomodar hasta 48 chips de retícula completa (retícula completa significa que estos chips pueden ocupar tanta área como los procesos de fabricación les permitan), y proporciona una interconexión ya existente entre a ellos.
A pesar de que se trata de fotónica de principio a fin, los chips plantados en Passage serán del tipo de transistor más tradicional basado en silicio, lo que significa que aún requieren comunicación eléctrica. Esto también es compatible con el uso de Through Silicon Vias (TSV), que también entregan energía a los troqueles y son compatibles con los estándares PCIe y CXL.
La Ley de Moore no está muerta, pero solo gracias al ingenio del diseñador de chips. El enfoque de Lightmatter es solo otro de una serie de pasos que apuntan a sostener la aceleración de la computación hoy y mañana. La única pregunta es, ¿cuán dispuestas estarán las principales empresas de chips a adoptar la tecnología de Lightmatter cuando también están gastando grandes cantidades de dinero y recursos de ingeniería para desarrollar la suya propia?