Da große monolithische Designs immer teurer und schwerfälliger in der Herstellung werden, werden die Akteure in den verschiedenen Branchen zunehmend zu Chips mit mehreren Chipsätzen übergehen - ein Trend, der eigentlich schon seit einigen Jahren im Gange ist. Diese Methode trägt dazu bei, dass alle wichtigen Komponenten mit der optimalen Fertigungstechnologie hergestellt werden: Diejenigen, die am meisten von den modernsten Chipbreiten profitieren, können um diese herum gebaut werden, während andere Komponenten, bei denen die moderne Fertigungstechnologie nicht so viel bringt, wie sie kostet, mit einer anspruchsvolleren und billigeren Chipbreite hergestellt werden können. Dies ist eine gute Praxis, aber mit der wachsenden Zahl von Chipsätzen muss eine weitere große Herausforderung bewältigt werden, nämlich die Gewährleistung einer effizienten Kommunikation zwischen den Chipsätzen mit hoher Datenbandbreite und geringer Latenz.
Derzeit erfolgt die Verbindung über aktive oder passive Interposer, d. h. Interconnect-Chips, bei denen die Kommunikation zwischen den Chipsätzen über kupferbasierte Leiterbahnen erfolgt, wenn die Daten "weit" reisen müssen, geschieht dies über mehrere Stufen, was sich ebenfalls negativ auf die Latenzzeit auswirkt. Je komplexer die Entwürfe werden und je mehr Chipsätze auf einem Chip untergebracht sind, desto wichtiger wird eine Verbindung mit geringer Latenz und ausreichender Datenbandbreite, die eine direkte Verbindung sein kann und die Kommunikation zwischen "weit entfernten" Chipsätzen ohne "Zwischenstationen" ermöglicht.
Das Forschungsteam von CEA-Leti entwickelt eine spezielle optische Verbindung für künftige Chipsätze, Starac genannt, die in mehreren Bereichen erhebliche Verbesserungen gegenüber kupferbasierten Verbindungen bringen wird. Die optische Verbindung trägt dazu bei, die Latenzzeit zu verringern und gleichzeitig den Stromverbrauch zu senken und die Leistung dank einer effizienten Verbindung mit hoher Bandbreite zu steigern.
Bei der Vorstellung von Starac sahen wir ein spezielles Network-on-Chip mit insgesamt vier Chipsätzen, die jeweils 16 Prozessorkerne enthalten. Neben den Chipsätzen befanden sich sechs elektro-optische Treiber und 10x100-Mikron-Zwischen-TSVs, und vier Front-End-Routing-Layer waren ebenfalls Teil des Designs. Der aktive Interposer ermöglichte es den Chipsätzen, direkt miteinander zu kommunizieren, wodurch Zwischenstufen überflüssig wurden, was die Latenzzeit verringerte und die Datenbandbreite erhöhte und gleichzeitig den Stromverbrauch verbesserte.
Die neue Lösung ermöglicht es mehreren Prozessoren und Speichern mit hoher Bandbreite, Daten schnell und effizient auszutauschen, sogar über "größere" Entfernungen, als dies mit kupferbasierten Verbindungen möglich ist, und zwar mit geringerer Latenz und höherer Datenbandbreite. Dies ermöglicht auch eine bessere Skalierbarkeit der Kommunikation, die für Systeme mit mehreren Chipsätzen und für den Datenaustausch zwischen den Chips zunehmend an Bedeutung gewinnen wird.
Der Erfolg erforderte die Entwicklung einer Reihe von Fertigungstechnologien, die zuvor nicht verfügbar waren, und die Forscher suchen nun die Zusammenarbeit mit Herstellern und Chipentwicklern, um die Technologie für einen breiteren Einsatz vorzubereiten. Wann die ersten Chips, die diese Innovation nutzen, auf den Markt kommen, steht noch nicht fest, aber es wird wohl noch einige Jahre dauern, bis sie auf den Markt kommen. Eine ähnliche Technologie wird auch vom Intel-Team entwickelt.
