دو برابر شدن سرعت ارتباط میان پردازنده ها، نیازهای نسل بعدی ابرکامپیوتر ها و سرورها را برآورده خواهد ساخت
Fujitsu Laboratories و Fujitsu Laboratories of America ، چند روز پیش اعلام کردند که در حال توسعه مدارهای فرستنده و گیرنده با سرعتی بالغ بر ۳۲ گیگابیت در هر ثانیه هستند که بالاترین نرخ انتقال اطلاعات تا به امروز به شمار می رود. این دستاورد در ارتباطات داخلی میان پردازنده ها در سرورهای نسل آینده به کار گرفته خواهند شد.
در کنار افزایش سرعت و کارآیی پردازنده ها در سال های اخیر، قابلیت های پردازشی سرورها به صورت قابل توجهی بهبود یافته ، به نحوی که نیاز به ارتباطات سریع تر میان تراشه ها و مدارهای بُرد ها به شدت احساس می شود. در طی فرآیند توسعه این مدارها و مدارهای توازن به منظور کاستن از میزان افت و نوسان در توزیع انرژی میان پردازنده ها، Fujitsu Laboratories سرعت انتقال داده میان پردازنده ها را به دو برابر افزایش داده است.
انتظار می رود این فناوری های جدید در نسل جدید ابرکامپیوترها و سرورها ، سبب بهبود کارآیی و عملکرد آن ها گردند.
جزئیات این فناوری ها در کنفرانس بین المللی مدارهای حالت جامد IEEE در سال ۲۰۱۳ (ISSCC 2013) که از ۱۷ فوریه گذشته در سن فرانسیسکو برگزار شد، به اطلاع همگان رسید.
پیشینه
در سال های اخیر، نیاز بیشتری به بهبود عملکرد پردازش داده ها در سرورهای دیتاسنترها که پردازش های ابری و دیگر کارکردها را به انجام می رسانند، احساس می شده است. این موضوع سبب بهبود یافتن پردازنده ها و همچنین توسعه سیستم های جدیدی شده است که تعداد زیادی از پردازنده ها را به یکدیگر متصل می کنند. در نتیجه ، میزان داده های مبادله شدن میان پردازنده ها و دیگر قطعات جانبی به طرز قابل ملاحظه ای افزایش پیدا کرده است. برای مدیریت این حجم ترافیکی ، سرعت انتقال داده ها در ارتباطات میان پردازنده ای از چند گیگابیت در ثانیه باید به ده ها گیگابیت در هر ثانیه افزایش پیدا می کرد. علاوه بر این ، انتظار برای افزایش کارآیی سرورهای نسل بعد ، سبب می شود تا نیاز به افزایش این سرعت بیش از پیش احساس گردد.
چالش های تکنولوژیکی
افزایش سرعت ارتباطات میان پردازنده ای به کارکرد مدارهای فرستنده و گیرنده در سرعتی بالاتر وابسته است. علاوه بر این، افت قدرت سیگنال در طی انتقال در مدارها ، در سرعت های بالاتر بیشتر به چشم می آید. بنابراین برای کار در سرعت های بالا نیاز است تا از مدارهای توازن برای جبران این افت و بهبود عملکرد استفاده گردد.
تکنولوژی جدید
واحد ارتباط داده ای میان پردازنده ای به صورت گسترده ای به دو واحد فرستنده و گیرنده تقسیم می شود. واحد گیرنده شامل ۱) یک واحد توازن برای جبران افت قدرت سیگنال و ۲) یک مدار گیرنده برای خواندن داده های اصلی از سیگنال های تغییر شکل یافته است(شکل ۱). با استفاده از فناوری های جدید در مدارهای فرستنده و همین طور مدارهای گیرنده و توازن در واحد گیرنده ، Fujitsu Laboratories موفق به بهبود سرعت و عملکرد ارتباطات بین پردازنده ای شده است.
مدارهای فرستنده داده ها را از کانال های چندگانه تسهیم شده به کانالِ سیگنالی واحد منتقل می کنند. مالتی پلکسر یا تسهیم کننده نهایی نه تنها به میزان انرژی زیادی نیازمند است بلکه با افزایش نرخ انتقال داده ها به سقف سرعت عملیاتی و پردازشی نزدیک تر می شود. Fujitsu Laboratories مدار فرستنده ای را توسعه داده است که نیاز به تسهم در مرحله نهایی را از میان بر می دارد. به جای استفاده از مقادیر دودویی در سیگنال های ارسالی، مدار جدید از مقادیر مبنای سه (۰، ۱ و ۲) استفاده می کند. این امر بازیابی داده های اصلی را در واحد دریافت با استفاده از مدار گیرنده موجود را بدون نیاز به هیچ نوع مدار دیگری ، ممکن می نماید.(شکل دو، سمت چپ) در نتیجه قدرت پردازشی این واحد از سرعت های محدود واحد های فرستنده معمول فراتر می رود. این همان دلیلی است که سبب کاهش سی درصدی مصرف انرژی نسبت به فناوری موجود نیز می گردد(شکل دو ، سمت راست).
کیفیت سیگنال خروجی از واحد فرستنده پس از عبور از مدارهای چاپی و دیگر خطوط ارتباطی دچار افت می شود. میزان این افت بسته به طول خطوط انتقال و سرعتی که سیگنال با آن ارسال می شود ، متغیر است. به همین ترتیب ، میزان افت سیگنال ها با بالاتر رفتن سرعت ، در خطوط انتقالی برابر با حالت قبل، افزایش پیدا می کند. استفاده از مکانیزم های خاص برای جبران سیگنال تضعیف شده ، سبب پاسخدهی یکنواخت به سیگنال ها و جبران انحراف می گردد. اما با بالاتر رفتن فرکانس سیگنال ها شاهد افت در پاسخدهی به سیگنال ها خواهیم بود که در سناریو پیشین صادق نبود و بنابراین تصحیح درست و به اندازه کافی این انحراف ممکن نیست. Fujitsu Laboratories مداری را توسعه داده است که با یکنواخت کردن پاسخدهی به فرکانس ها در فرکانس های پایین ، افت قدرت سیگنال را جبران می کند. این فناوری انتقال یک سیگنال با سرعت ۳۲ گیگابیت در هر ثانیه را در خط ارتباطی به طول ۸۱ سانتی متر ممکن می سازد که پیش از این ، یک رویا بود(شکل سه).
مدار گیرنده در واحد گیرنده
مدار گیرنده ، داده های اصلی را از سیگنال هایی که توسط مدار توازن برای جبران افت بوجود آمده در فرآیند انتقال تغییر شکل داده شده اند می خواند. با روی دادن این فرآیند؛ همگام سازی سرعت (فرکانس) و زمانبندی(دوره تناوب) سیگنال ، نمونه برداری از آن و تخمین مقادیر دیجیتال سیگنال ضروری به نظر می رسد. خطاهای زمانبندی که در خواندن داده ها روی می دهند ، توسط واحد تشخیص خطای زمانبندی از داده های اصلی تمییز داده می شوند و با استفاده از مدار سیگنالینگ زمانبندی به فرآیند همگام سازی مجدد هدایت می شوند(شکل چهار، گوشه بالای سمت چپ). اما در سرعت های بالاتر ، این روش به دقت بالایی نیاز دارد که با محدودیت های فناوری های موجود در مورد ساعت ممکن نیست. به جای همگام سازی ساعت ، Fujitsu laboratories از روش جدیدی برای درج داده پس از نمونه برداری متناوب از داده ها و همین طور به کارگیری پردازش درج ولتاژ بر اساس دو سیگنال نمونه و ایجاد یک سیگنال مجازی ترکیبی برای همگام سازی کلاک استفاده می کند(شکل چهار، گوشه های پایین راست و چپ تصویر). این فناوری نیاز به مدار زمانبندی برای تجزیه و تفکیک جزئی محور زمان را رفع کرده و امکان افزایش سرعت را در آینده نیز ممکن می سازد.
شکل چهار: اصول روش درج داده
انتظار می رود این فناوری ها به صورت قابل ملاحظه ای بر عملکرد نسل بعد سرورها و ابرکامپیوتر ها تأثیر گذارده و کارآیی آن ها را بهبود دهند.
آیـــــــــنده
Fujitsu Laboratories برای به کارگیری این فناوری ها در محصولات مرتبط به حجم زیاد داده ها ، چون رابط های Backplane برای اتصال مدارهای اصلی سرور ها ، به شدت تلاش خواهد کرد.
