超級電腦的「光速」通訊

Light speed communications for supercomputers
http://www.physorg.com/news117127492.html

December 17, 2007

明日超級電腦的效能將由它們在成千上百顆處理器間，即時交換大量資料的能力所決定。

利用光學網路在整個使用「光」的系統上傳輸資料，IBM 與 Corning Inc. 的研究者正在一個由美國能部／NNSA所贊助的計畫下，成功的示範全世界最先進且最強大的光學封包交換。這種新穎的交換器每秒鐘能夠傳輸 2.5 Tb 的資料 -- 相當於 20 部高解析度電影。

今日的超級電腦，例如 IBM 的 Blue Gene 系統，是基於上萬顆相對簡單且高效能的處理器，它們以平行方式運作，共同解決一個問題。

為了提升未來超級電腦的效能，以及容納系統所產生的尖峰（spiking）資料流，IBM 研究者已在研究利用光進行資料傳輸 -- 在晶片本身、兩處理器之間與整個複雜的通訊網路。光學資料傳輸因其高容量、長距離、低耗能等優點而大有前途。

以這些前景為動機，IBM Zurich Research Laboratory 一個電腦科學家團隊與美國公司 Corning Inc. 的光學工程師，藉由聚焦在一個最重要的元件上 -- 交換器（switch）-- 準備要設計與開發一種高效能光學通訊網路。此交換器的功能是控制資料流與避免資料高速公路的複雜網路的壅塞。

身為一個 4 年合作計畫，稱為 OSMOSIS（Optical Shared MemOry Supercomputer Interconnect System）的成果，IBM 與 Corning 研究者現在展示最強大的光學封包網路。它結合 64 條光學資料連線，每條以 40 Gbps 的速率運行，總傳輸量可達 2.5 Tbps。換言之，20 部 HD DVD 電影可在 1 秒內傳完。

"如果我們未來想要使超級運算的能力與效率，遠超過 petaflop 的範圍，我們將需要如此強大的光學互連系統，" Ronald Luijten 解釋，IBM 在OSMOSIS 計畫的領導者。（後略）

開發此光學封包交換器的主要挑戰之一是缺乏光學記憶體（optical memory），目前尚不知如何能輕易地而且以具有成本效益的方式，儲存與重新獲得光學資料位元。Luijten 的團隊，負責交換器設計，藉由一種混合光、電的方式來克服此一問題：利用電子來緩衝與進行資料排程，將光 -- 尖端的 Corning 半導體光學擴大器 -- 用於傳送與交換過程。他們開發一種先進的電子控制器，那能夠在每個封包時槽（packet slot）51.2 奈秒的時間內，計算出一個最佳化的交換配置，也因此運作幾乎無須緩衝，同時將總處理能力與可靠度最大化。

"控制器的功能，這是此交換器的智慧，是完成排程與解決競爭，" Luijten 解釋。控制器的基板 -- 所開發過最複雜的設計之一 -- 贏得 2007 Mentor Graphics Award 的傑出電路板設計。

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http://spectrum.ieee.org/oct05/1863

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