La mort de la loi de Moore a été échangée entre ingénieurs et experts un certain nombre de fois à ce stade. Et à mesure que les transistors à base de silicium deviennent de plus en plus petits, les fabricants ont dû faire face à des densités de température accrues (plus de transistors dans une zone plus petite, générant plus de chaleur), sans parler d’autres problèmes qui découlent naturellement de l’emballage serré de transistors plus petits et plus rapides.
Et même si les technologies de puces telles que InFO_LI de TSMC et la technologie Foveros 3D d’Intel ont permis une fonctionnalité accrue et la possibilité de coupler plusieurs puces dans le même substrat, la connexion de ces puces les unes aux autres nécessite toujours des fils électriques transportant des électrons. Les électrons volants signifient à la fois une augmentation des températures (du fait de traverser la résistance du semi-conducteur) et une augmentation de la consommation d’énergie. Comme couvert par The Register, la startup Lightmatter a une autre idée : connecter des puces sans aucun câblage électrique. L’entreprise s’est tournée vers HotChips avec son alternative : la photonique.
« Les réseaux de puces interconnectées électriquement souffrent fondamentalement de problèmes, notamment la concaténation de la consommation d’énergie », a déclaré Nicholas Harris, fondateur et PDG de Lightmatter dans la présentation HotChips de la société.
Le problème est clair et a déjà été bien identifié : plus il y a de chiplets connectés dans un même package, plus ces chiplets doivent avoir d’interconnexions entre eux afin d’échanger les données nécessaires au calcul. Alors que l’électricité est un moyen rapide, ce n’est pas le plus rapide disponible – ce prix est réservé à la lumière. La technologie Passage de la société vise ainsi à faire entrer la photonique dans l’ère des puces, en permettant l’interconnexion de différentes puces via des guides d’ondes nano-photoniques. Ceux-ci utilisent essentiellement des photons (au lieu des électrons plus omniprésents) pour transporter les informations, avec une perte de signal extrêmement faible et une bande passante beaucoup plus importante.
Fait intéressant, AMD lui-même a exploré des conceptions photoniques qui pourraient également permettre le transfert d’informations pour ses architectures. De son côté, Intel a tout un centre de recherche qui lui est dédié.
« Le passage est découpé en dés à partir d’une plaquette Silicon Photonics de 300 mm qui comprend des lasers, des modulateurs optiques, des photodétecteurs et des transistors, tous intégrés côte à côte dans la plate-forme », a poursuivi Harris.
Les puces à interconnecter (telles que les ASIC, les processeurs, les GPU ou les puces de mémoire) sont ensuite posées sur ce « sandwich » alimenté par la photonique.
«Parce que Passage a intégré des lasers et des transistors, les puces co-emballées n’ont pas à faire face à la complexité des éléments photoniques de transmission, de réception ou de commutation de circuit», a déclaré Harris. « Chaque tuile Passage peut abriter un ensemble de puces hétérogènes. Par exemple, une tuile peut contenir deux types différents d’ASIC et peut-être deux piles HBM.
La société affirme que son approche apporte des temps de saut inférieurs à 2 nanosecondes entre le point de sortie et d’entrée de l’information, quelle que soit la distance entre les points (de sorte que les puces les plus éloignées communiqueront aussi vite que les plus proches). Les guides d’ondes nano-photoniques utilisés par Lightmatter présentent des avantages par rapport aux interconnexions à fibres optiques traditionnelles en ce sens qu’ils sont beaucoup plus petits : la société affirme qu’elle peut contenir jusqu’à 40 guides d’ondes dans l’espace d’une seule fibre optique.
Selon Lightmatter, cela leur permet de fournir 96 To/s de bande passante à chaque puce. Comparez cela à la bande passante théorique maximale d’AMD Infinity Fabric de 800 Gbps. La communication hors puce – de Passage à d’autres systèmes via des baies de fibres – culmine à environ 16 TBps.
De plus, étant donné que Passage est une interconnexion sur un package entièrement personnalisable, les fabricants n’ont plus à concevoir leurs propres conceptions d’interconnexion (telles que Infinity Fabric d’AMD ou EMIB d’Intel). Ils peuvent simplement déposer leurs appareils dans un passage alimenté par la photonique pouvant accueillir jusqu’à 48 puces à réticule complet (réticule complet, ce qui signifie que ces puces peuvent occuper autant d’espace que les processus de fabrication le permettent), et fournit une interconnexion déjà existante entre leur.
Bien qu’il s’agisse de photonique de part en part, les puces implantées sur Passage seront du type transistor plus traditionnel à base de silicium, ce qui signifie qu’elles nécessitent toujours une communication électrique. Ceci est également pris en charge par l’utilisation de Through Silicon Vias (TSV), qui alimentent également les matrices et prennent en charge les normes PCIe et CXL.
La loi de Moore n’est pas morte, mais uniquement à cause de l’ingéniosité du concepteur de puces. L’approche de Lightmatter n’est qu’une autre d’une série d’étapes qui visent à soutenir l’accélération de l’informatique aujourd’hui et demain. La seule question est de savoir dans quelle mesure les grandes entreprises de puces seront-elles prêtes à adopter la technologie de Lightmatter alors qu’elles dépensent également de grosses sommes d’argent et des ressources d’ingénierie pour développer la leur ?