英特爾研發邁向新里程碑：確定未來電腦將由光束取代電子訊號

heavy91

英特爾開發全球首款內建雷射的端對端矽光連線技術
將徹底革新電腦設計，大幅提升效能，並節省能源

- Q' L2 i( l8 ]* x# h新聞焦點：
3 T$ F, U- f3 U- O4 n( i! O•英特爾實驗室開發全球首款以矽元件為基礎的光數據連線技術，內建採用混合矽晶雷射(Hybrid Silicon Laser)技術的雷射元件。
•實驗性晶片傳送資料的速度可達每秒500億位元(50Gbps)。研究人員正著手展示更快的傳輸速度。
•採用此技術所製造的低成本、高速光通訊一旦問市，將讓電腦製造商徹底重新思考從隨身型易網機(netbooks)到超級電腦(supercomputers)等的傳統電腦系統設計。
•設有伺服器主機群或資料中心的企業，能藉由一條光纖取代多條傳輸線路，除了突破效能瓶頸之外，還能大幅節省空間與能源帶來的營運成本。  

5 o1 l1 I2 @- A. b英特爾公司今日宣布一項重大發展，將運用光束取代電子傳遞電腦資料。英特爾推出研究用產品原型(research prototype)，採用全球首創整合雷射的矽光學資料連線技術。這種矽光連線技術能將資料傳送至更遠的距離，其速度較現今銅線技術快上許多倍。資料傳送速度最高能達到每秒50gigabit，相當於傳送一部高畫質(HD)電影時的每秒速度。

圖一、此一50Gbps的矽光發送模組(圖左)從綠色板子中央的矽晶片傳送雷射光，通過光纖到達右方的接收模組，由第二個矽晶片偵測雷射光傳遞的資料，再轉換成電子訊號。
+ @! X# c, N' |1 T1 y( o; T

heavy91

現今的電腦元件皆利用銅線或電路板上的線路相互連結。由於運用銅等金屬傳送資料時會產生訊號遞減的問題，因此線路長度有其限制。這項因素限制了電腦的設計，迫使處理器、記憶體、以及其他元件之間的距離必須維持在數吋以內。今日發表的研究成果，象徵邁向新的里程碑，利用極細且輕盈的光纖，將更多資料傳送至更遠的距離，這將徹底改變未來電腦的設計，與將來資料中心的建構模式。  

; F1 y& s7 M: ?8 q/ s: W3 F) P    矽光技術(Silicon photonics)的應用層面將涵蓋整個運算產業。舉例來說，在如此高速的資料傳輸率下，我們可預見和整面牆一樣大尺寸的3D螢幕將進入家庭娛樂市場以及視訊會議，超高解析度將營造出深具臨場感的視覺效果，讓螢幕上的演員或家人栩栩如生。未來的資料中心(data center)或超級電腦，其元件可能散佈在建築物、甚至整個園區的四週進行高速的通訊聯繫，擺脫了笨重銅線在傳輸量與距離方面的限制。這將使資料中心的使用者，如搜尋引擎公司、雲端運算供應商、或金融資料中心等用戶，不僅得到充裕的效能與容量，還能降低空間與能源帶來的成本；或者是協助科學家建置出更強大的超級電腦，解決現今各種最難解的問題。
% [( |$ q$ ^0 j- H1 f2 w- @% h" Q6 F
' y/ H) T  l( }' x* h! D" P    英特爾公司技術長暨英特爾實驗室總監Justin Rattner在加州蒙特利(Monterey)舉行的整合光子晶體研究 (Integrated Photonics Research)會議中展示矽光鏈路(Silicon Photonics Link)技術。此一50Gbps的鏈路就像一個“概念平台”，讓英特爾研究人員測試各種新的想法，捨棄使用昂貴且製造難度高的材質，改用低成本且易製造的晶片所打造的光束，以實現持續開發讓光纖傳遞資訊的新技術願景。目前已有電信以及其他應用採用雷射傳送資訊，但目前的技術過於昂貴且體積龐大，不適合用在PC上。

heavy91

Rattner表示：「這項全球首創內建混合矽晶雷射的50Gbps矽光鏈路，就我們“矽化”光子(siliconizing photonics)的長遠願景而言，確實是一項重大的研究成果，替未來電腦、伺服器與家電的內部及對外連線，帶來高頻寬、低成本的光通訊技術。」
1 o. L: z- L0 {& C
1 L" W/ |# }& |. q9 j" I' k/ ]/ T    此50Gbp矽光鏈路原型背後經歷多年的矽光研究計畫，其中包含為數眾多的 “世界第一”成就。它內含矽傳輸及接收晶片，整合了先前英特爾所有突破性技術中的必要組件，包括在2006年與加州大學聖塔巴巴拉分校合作開發的首款混合矽晶雷射元件，以及在2007年發表的高速光學調變器(high-speed optical modulators)與光偵測器(photodetectors)。

    發送器晶片有四條雷射光束，每條光束會進入一個光學調變器，將資料編碼成12.5Gbps速度的光訊號。四條光束匯集後輸出至一條光纖，整體數據傳輸率可達到50Gbps。在鏈路的另一端，接收晶片會分出原始的四條光束傳導至光偵測器，再將資料轉成電子訊號。兩顆晶片都採用半導體產業熟悉的低成本製造技術。英特爾研究人員已著手提升調變器的速度，並增加每個晶片內的雷射數量，藉此提高資料傳輸率，並提供升級至未來terabit/s等級光纖的管道，能在一秒內傳送一部筆記型電腦內的所有資料。

3 N+ X1 d- D: \, x+ |$ J9 }    此矽光研究計畫與英特爾的Light Peak技術是兩項獨立的計畫，皆屬於英特爾I/O策略的一環。Light Peak技術是針對近期的應用所發展，能將多重通訊協定10 Gbps光連線技術用於英特爾用戶端平台(client platforms)。矽光研究計畫則是透過矽整合的途徑，大幅降低成本，達到tera等級的資料傳輸率，讓光通訊的運用更寬廣。

/ J0 n/ H/ H. g( K圖二、此矽元件發送晶片內建混合矽晶雷射，傳送資料的速度達到每秒500億位元(50Gbps)。
- p7 d- D' T% [  g

tk02376

英特爾發表Thunderbolt™技術：最快的個人電腦資料傳輸技術問世
2 @% D* t* ^+ D5 r2 U3 b) c; K速度驚人的資料傳輸技術結合HD螢幕連結功能 協助業界開發新應用與週邊裝置
) ^+ A, {  g/ @! K
新聞焦點
•        Thunderbolt為全新高速個人電腦傳輸技術，速度達10Gbps。
•        Thunderbolt技術只需一條傳輸線(cable)就能支援資料與顯示功能，為個人電腦帶來更大的簡易性、彈性、以及許多嶄新的使用方式。
•        蘋果電腦(Apple)為首家推出含Thunderbolt技術產品的客戶，率先於最新的MacBook* Pro筆記型電腦系列內建此技術。
8 ~, x8 d$ F) `; V; x5 d
, q. F! M) r8 `英特爾公司宣布推出Thunderbolt™技術 ─ 全新高速個人電腦傳輸技術，透過一條傳輸線就能執行高速資料傳輸並傳送HD影像。Thunderbolt技術速度達10Gbps，30秒內便能傳送一部HD電影。該項英特爾研發的技術與蘋果電腦進行技術合作，率先於蘋果電腦全新的MacBook Pro筆記型電腦系列中採用。

tk02376

更少的等待 做的更多(Wait Less, Do More)
Thunderbolt技術(先前代號為Light Peak)的願景是以更快的速度移動媒體(move media)，簡化裝置之間的連結，並且協助業界以嶄新的方式組建個人電腦予消費者使用。將高速資料與HD影片傳輸整合至一條傳輸線將有助於達成這項願景。Thunderbolt技術採用兩種通訊方式(或通訊協定) —用在資料傳輸的PCI Express*，以及用在顯示的DisplayPort*。PCI Express具備充裕的彈性，能連結幾乎任何裝置，DisplayPort能驅動超過1080p解析度的螢幕，並同時支援8個聲道的音效。Thunderbolt技術與目前的DisplayPort螢幕和接頭相容。所有Thunderbolt技術裝置都共用一個接頭，使用者可利用電線(electrical)或光纖(optical cable)輕易串接其裝置。  

3 F% S* l! F4 g- ^7 ?* `& z& gThunderbolt技術的設計是為了滿足HD媒體創作者的需求。例如，攝影從業人員可運用高頻寬音效與視訊擷取/混合裝置，並以低延遲與高精準的時間同步設備來進行即時的處理後製，釋放自己的創意。在10Gbps的超高傳輸速度下，超大容量的媒體檔案能更快傳輸完畢，減少觀看與編輯影片的等待時間。使用者能夠更快備份與回存資料，內容建檔時的等待時間也更為縮短。對於行動式個人電腦使用者而言，它意謂僅須用超輕薄筆記型電腦上的一個接頭，就能連結至家中或辦公室的高速媒體與HD顯示功能。Thunderbolt技術能補足其他英特爾仍持續支援的I/O技術不足之處。

tk02376

英特爾個人電腦用戶端事業群總經理Mooly Eden表示：「處理HD媒體是人們在使用個人電腦時所面臨最嚴苛工作項目之一。透過Thunderbolt技術，英特爾帶來創新的技術，協助專業人士與消費者能夠更快、更容易處理從音樂到HD電影等不斷累積的媒體內容。我們的願景是讓使用者可以在個人電腦與各種裝置之間簡單且快速地傳遞內容，並實現這個想法。」

蘋果電腦麥金塔硬體(Mac Hardware)工程部門資深副總裁Bob Mansfield表示：「我們非常高興與英特爾合作，為麥金塔使用者帶來突破性的Thunderbolt技術。結合超高速傳輸、支援高解析度顯示、並相容於各種現有I/O技術，Thunderbolt對於整個業界而言，象徵了突破與創新，我認為研發業者將會熱烈採納它。」
( c  X  t. x: J( y- \) q/ R! t
5 t6 y' h+ p0 {& b1 l% @* n7 PThunderbolt技術內含英特爾控制晶片，以及適合行動裝置的微型化接頭，支援此技術的各種裝置都將配備該接頭。數家創新研發廠商已發表支援Thunderbolt技術的產品，或在即將推出的新產品中支援Thunderbolt技術，其中包括Aja*、Apogee*、Avid*、Blackmagic*、LaCie*、喬鼎資訊(Promise)*、以及Western Digital*。英特爾正與業界合作開發各種支援Thunderbolt技術的產品，其中包括電腦、顯示器、儲存裝置、影音/影像設備、攝影機、擴充塢座等。

tk02376

Intel® Many Integrated Core (Intel® MIC)架構展現實力 成為英特爾百萬兆級運算解決方案的關鍵元件
2 f) t% T. [( U: o: _8 X" E
4 g* j: r5 p* F9 @' c( A新聞焦點
•英特爾預計協同合作夥伴在2020年之前推出達到百萬兆級(exascale)運算效能的完整技術解決方案。
•包括德國Forschungszentrum Juelich、德國Leibniz超級電腦中心、歐洲核子研究中心(CERN)、以及韓國科學技術資訊院(Korea Institute of Science and Technology Information，KISTI)等超級電腦中心，皆推動Intel® Many Integrated Core (Intel® MIC)架構的發展動能。
•內含英特爾處理器的超級電腦，在2011年最新發布的全球500大超級電腦排行榜中佔了77%的席位，並且在2011年新推出的系統中，達到將近90%的佔有率。

2 y- e: r  V+ Z1 Q( k/ Q在國際超級電腦大會(International Supercomputing Conference，ISC)上，英特爾副總裁暨資料中心事業群總經理Kirk Skaugen闡述該公司的願景，預計在2020年之前達到在一秒內執行一百萬兆次運算(ExaFLOP/s)等級的效能。ExaFLOP代表每秒進行10的18次方(quintillion)運算，效能比現今最快超級電腦還要快數百倍。  

7 R* H6 w* Z' C1 U5 l+ J8 d: @, L; dSkaugen表示：「未來要達到百萬兆級效能，不僅必須結合業界與政府的力量，還得運用Intel® Many Integrated Core (Intel® MIC)架構所首創的運算模式。為因應網路上的共享資料出現爆炸性成長、尋找氣候變遷的解決方案、控管油氣探勘等資源持續增加的成本、以及因應其他各種的挑戰，都需要動用越來越多的運算資源，而且只有越來越強大的高效能超級電腦才能應付。」

2 ^, e# Y8 e/ E( A  ]  [Skaugen指出：「儘管內含Intel® Xeon®處理器的系統是當前TOP500超級電腦的最佳架構選擇，英特爾仍進一步擴展高效能運算的發展焦點，協助業界運用Intel® Many Integrated Core架構，因應千萬億次(petascale)與未來百萬兆級運算負荷，邁向下一波新疆界。英特爾擁有獨特的製造技術、架構創新設計、以及各界熟悉的軟體開發環境，讓我們能更接近百萬兆級運算這令人興奮的目標。」

tk02376

為ExaFLOP效能鋪路
, D/ k3 I  B; @& wSkaugen表示，藉由持續地跟隨摩爾定律(大約每二年讓微處理器內的電晶體數量增加一倍，藉以提高功能與效能並降低成本)，佐以創新的高效率軟體編程模式，以及極致的系統擴充性，這些關鍵要素協助英特爾跨越千萬億次運算門檻，邁向百萬兆級運算。然而效能方面的提升，也將帶來大幅增加的耗電量。

4 g# y2 H' Y& R/ _9 t8 X) Q以中國現今最快的超級電腦天河一號(Tianhe-1A)為例，若要達到百萬兆級的運算效能，需要的電力超過16億瓦，足以供應200萬戶住家的電力需求，也因此成為省電效率的挑戰。

: V/ f  S5 Z, T為克服這項挑戰，英特爾與歐洲研究機構合作，在歐洲設立3個實驗室，主要的3大目標為：在歐洲經營永續的合作夥伴關係；透過歐洲高效能運算(high-performance computing，HPC)研究，運用持續成長的研究成果；以及在運算科學、工程、策略運算等領域培養以倍數成長的能力。這些實驗室的技術目標之一便是開發模擬程式，解決邁向百萬兆級效能所衍生的能源效率挑戰。
) }$ G% h+ n# Q2 \8 E% Q: W& j7 p
$ B2 \; @9 V- T2 k& j" C5 ?Skaugen並指出：「高效能運算市場有著極可觀的成長潛力。1980年代的超級電腦提供每秒完成數十億次浮點運算(GigaFLOP/s)的效能，但現今最強大的電腦將數字提高數百萬倍，超級電腦對處理器的要求也因此提升。英特爾預估在2013年，全球前一百大超級電腦將使用100萬顆處理器。這個數字預計將會在2015年加倍，並將在2020年之前增加到800萬顆。TOP500排名第一的電腦預計在2015將達到100 PetaFLOP/s的效能，並在2018年超越1 ExaFLOP/s的效能。2020年，地球上最快的電腦將可提供超過4 ExaFLOP/s的效能。」

$ H  e2 K+ L3 P/ _/ @$ ~, wIntel® MIC架構帶動軟體開發動能
Intel® MIC架構將是Intel Xeon處理器等英特爾現有產品的關鍵助力，並期望協助帶領產業邁入百萬兆級運算的時代。首款Intel MIC產品，先前代號為“Knights Corner”，計畫採用英特爾的22奈米技術，並採用創新的3-D三閘電晶體1。英特爾已開始向特定開發夥伴提供代號為“Knights Ferry”的Intel MIC軟體開發平台。

tk02376

在國際超級電腦大會上，英特爾與德國Forschungszentrum Juelich、德國Leibniz超級電腦中心(Leibniz Supercomputing Centre，LRZ)、歐洲核子研究中心(Organisation européenne pour la recherche nucléaire，CERN)、以及韓國科學技術資訊院(Korea Institute of Science and Technology Information，KISTI)等合作夥伴，共同展示運用“Knights Ferry”平台所完成的初步成果。其成果展現了Intel MIC架構在效能與軟體編程方面所帶來的優勢。

) C0 ~2 K9 Y* v: ]Leibniz超級電腦中心的Arndt Bode教授表示：「Intel® MIC架構在編製模式上的優勢，讓我們能快速擴充應用程式，使Intel® Xeon處理器上運作的程式能在Knights Ferry軟體開發平台上執行。這類作業原先是針對Intel® Xeon處理器進行開發與最佳化，不過由於我們熟悉編程模式，因此能在數小時內便針對Intel® MIC程式碼進行最佳化，達到超過650 GFLOPS的執行效能。」
7 {% R4 `7 k9 n2 V0 r
+ d  I6 P& E, g4 q9 D( s英特爾還展示來自SGI、戴爾(Dell)、惠普(HP)、IBM、Colfax、以及美超微(Supermicro)的伺服器與工作站平台，這些廠商都與英特爾合作，規劃內含“Knights Corner”平台的產品。SGI技術長Eng Lim Goh博士表示：「SGI體認到要達到百萬兆級的運算效能，處理器內部的通訊、耗電、密度、以及使用性等方面都扮演極重要的角色。Intel MIC產品將滿足這四項需求，尤其是在運算密度方面的提升，以及搭配我們熟悉的x86編程環境。」

TOP500超級電腦
國際超級電腦大會公布第37版的TOP500排行榜中，共有387個，超過77%的系統內含英特爾處理器，顯示英特爾對於高效能運算的重要性。2011年的名單之中，近90%的新系統均內含英特爾處理器。超過半數的新系統內含最新32奈米製程技術的Intel Xeon 5600處理器系列，其數量佔TOP500名單35%以上，為去年的三倍。英特爾在前10大系統中更囊括5席。
$ L$ U3 X# |8 J6 ?# i% \1 i
8 J" ^( L! o; ~每半年公布一次的TOP500超級電腦排行榜由德國曼漢姆大學(University of Mannheim)的Hans Meuer、美國能源部國家能源研究科學運算中心(U.S. Department of Energy’s National Energy Research Scientific Computing Center)的Erich Strohmaier和Horst Simon、以及美國田納西大學(University of Tennessee)的Jack Dongarra共同評比。完整報告請參考：www.top500.org。

' L1 w" e  p) v欲得知更多關於2011年國際超級電腦大會的訊息，包括Intel MIC展示與效能的詳細資訊，以及Skaugen主持的簡報與圖片，請參閱newsroom.intel.com/docs/DOC-2152。