Нет контакта!?

… И поныне для подключения модулей используются контакты и медные проводники. И вот недавно разработчики компьютерной техники, анализируя данный факт, пришли к весьма любопытным выводам.

Первое это то, что рабочие частоты «внутри» чипов растут гораздо быстрее, чем вне их. Подобное рассогласование создает еще одно «бутылочное горло» на пути к повышению системной производительности. Второе: в рамках существующих технологий плотность размещения элементов ввода/вывода (в данном случае контактов) на единицу площади имеет механические ограничения.

А недавно одно из самых влиятельных технологических изданий MTI Technology Review в список семи наиболее значительных научно-исследовательских проектов прошлого года включил технологию подключения микросхем без использования гальванических контактов под названием Proximity Communication.

Суть нового технического решения составляет замена гальванического соединения электростатическим, т. е. простой контактной пары бесконтактной парой пластин конденсатора. С упрощенной электрической точки зрения для специалистов задача представляется почти тривиальной: усилитель на выходе передатчика на одном чипе связан через конденсатор с усилителем на приемнике, расположенном на другом чипе, образуя таким образом единый колебательный контур. Однако в реальности решение проблемы связано с целым рядом трудно преодолимых электрических и механических сложностей.

Чтобы емкость составного конденсатора соответствовала требуемой, необходимо обеспечить позиционирование пары микросхем одной относительно другой с высочайшей точностью. Для этого требуется выдержать значения по шести параметрам: в пространстве возможно смещение по трем координатам и плюс к тому повороты вокруг каждой из осей. Группой разработчиков технологии создан специальный манипулятор, в котором закрепляются микросхемы, и измерительный механизм с обратной связью, позволяющий оценивать и корректировать взаимное расположение.

Датчик положения построен на принципах измерительной системы Вернье, применяемой в трехмерных микроэлектромеханических системах (Micro Electro-Mechanical System — MEMS). Создаваемые на этих принципах датчики AIMS (Advanced Intelligent Measurement Sensor) обеспечивают измерение с разрешением 10 нанометров. По своей конструкции они очень похожи на само устройство для коммуникаций, поскольку тоже состоят из приемника и передатчика, связанных между собой конденсаторами.

Процедура сборки соединения состоит из нескольких этапов. Вначале установка элементов выполняется «на глаз», затем осуществляется доводка с помощью манипулятора. Сигналы от измерительной системы поступают в манипулятор, обеспечивающий установку с точностью до 1,4 микрона. На последнем этапе пространство между микросхемами заполняется специальным маслом, повышающим электрическое сопротивление между пластинами.

После сборки из конденсаторов выстраиваются единые электрические схемы. В месте соединения образуются три емкости — одна полезная и две паразитных (на передатчике и на приемнике). Паразитная емкость передатчика не влияет на работу (она является всего лишь дополнительной нагрузкой), однако паразитная емкость приемника искажает форму сигнала. Поэтому, чтобы компенсировать это искажение, в приемник включена дополнительная цепочка с обратной связью.

В сентябре 2003 года на конференции Custom Integrated Circuits технология Proximity Communication была впервые представлена на суд публики. Эта разработка, по мнению специалистов Sun Microsystems, позволяет решить триединую задачу: повысить скорость передачи данных, снизить стоимость вычислительных систем и сократить энергопотребление.

Однако нельзя не заметить и наличие скептических взглядов на эту технологию. Ее противники считают, что существующие проводные и печатные методы еще вовсе не исчерпали свой ресурс возможностей и что технологии присущи существенные ограничения.

Прежде всего, она может быть рационально использована лишь для соединения ограниченного типа микросхем (процессор, память, кэш-память), где действительно требуется высокая скорость обмена данными. К тому же из-за своей сложности данная технология применима только в конструкциях высокопроизводительных серверов.