Микросхема с оптоволоконными многоконтактными соединениями

Микросхема с оптоволоконными многоконтактными соединениями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к соединению устройств ввода-вывода или устройств центрального процессора или передаче информации или других сигналов между этими устройствами.

Проблема соединений является одной из сложнейших проблем электроники 21-го века. Она держит в тисках жестких ограничений две ее крупнейшие области. На макроуровне она ограничивает развитие суперкомпьютеров, а на микроуровне сдерживает развитие сверхсложных микросхем (СБИС, УБИС, ПЛИС и т.п.).

Лидером рейтинга суперкомпьютеров по состоянию на ноябрь 2005 г.является система «Blue Gene/L» (Синий Ген), построенная корпорацией IBM (США). Этот суперкомпьютер использует более 130 тысяч процессоров, а его быстродействие составляет 280 триллионов операций с плавающей запятой в секунду (терафлоп). Суперкомпьютер занимает территорию, равную половине теннисного корта. Сравнение архитектур суперкомпьютеров показывает, что превалирует тенденция к кардинальному увеличению числа процессоров в кластере. В «Earth Simulator» было 5120 процессоров, в "Колумбии" - 10160, а в «Blue Gene/L» - уже 130 тысяч процессоров. Количество процессоров у лидера 2005 года в 26 раз больше, чем у лидера 2002 года. Однако этот очень дорогостоящий шаг позволил увеличить производительность всего лишь в 8 раз! Налицо экстенсивная тенденция развития суперкомпьютеров, свидетельствующая о серьезных проблемах, сдерживающих развитие параллельных вычислений и суперкомпьютеров. Во многом причиной такого положения является «тирания межсоединений», когда соединить множество микропроцессоров в единую систему становится все труднее и труднее.

Производительность параллельных вычислительных машин непосредственно зависит от степени коммуникации между ее процессорами. Основной проблемой, возникающей при использовании шин, является возникновение конфликтов при обращении множества устройств к шине. Например, при общей шине один процессор должен ждать доступа к шине, пока другой процессор осуществляет считывание данных из запоминающего устройства или выполняет запись данных в память. Таким образом, система межсоединений, посредством которых вычислительная машина совместно использует и передает данные между различными процессорами машины, является одной из самых важных характеристик архитектуры параллельных вычислительных машин.

В идеальном случае в вычислительной системе каждый входной узел должен иметь возможность быть непосредственно соединенным с каждым выходным узлом. Аналогичным образом, в идеальной вычислительной машине каждый процессор должен быть непосредственно связан с каждым другим процессором так, чтобы система была полностью или глобально соединена.

Однако создать такую сеть с использованием известных решений чрезвычайно трудно. Решение возможно с использованием коммутаторов, устанавливающих временные связи между процессорами, по запросам самих процессоров. Сеть многокаскадных межсоединений является практичным компромиссом, который обеспечивает возможность получения динамически реконфигурируемого межсоединения каждого узла или процессора системы одновременно только с одним другим узлом или процессором. Сети многокаскадных межсоединений получили распространение, поскольку по сравнению с сетью системы многократных координатных коммутаторов комплексность аппаратных средств уменьшается при сохранении способности установления прямого соединения между любым данным входным портом и любым данным выходным портом. Однако у таких систем тоже возникает множество проблем. Одной из наиболее общих проблем сетей многокаскадных межсоединений является проблема конфликта, возникающего при передаче блоков данных. Он возникает в том случае, если два или более входных сигнала в одном коммутаторе одновременно запрашивают один выход. Проблема коммуникации в крупномасштабных сетях возникает как зеркальное отражение проблемы «тирании межсоединений» на макроуровне.

На микроуровне проблема межсоединений резко обострилась при переходе к размерам транзисторов порядка 0,25 мкм. При большом числе транзисторов в ИС сетка соединений необычайно сложна и занимает значительную часть площади поверхности пластины (до 85% для БИС). Один из путей уменьшения занимаемой межсоединениями площади кристалла - это переход на многоуровневую разводку. Однако надежность таких схем резко падает из-за возникновения случайных контактов через микротрещины, образующиеся в тонких слоях диэлектрика. Межсоединения причиняют массу неудобств. Ведущие зарубежные фирмы признают, что знаний в области проектирования межсоединений явно недостаточно. Необходима разработка новых принципов соединений [1].

Проблема межсоединений ограничивает скорость обмена информацией по одному контакту величиной 3 ГГц, хотя транзисторы могут работать с частотой не менее 10 ГГц. [2]. При предельной плотности электрических контактов порядка 4-х контактов на 1 мм² и предельной частоте 10 ГГц максимальная удельная скорость обмена информацией с помощью электрических соединений не превысит 400 Гбит/мм²/с (см. табл.1).

Таблица 1
Оценка предельной скорости передачи информации по электрическим контактам
Параметр	Единица изм.	Значение
Предельная скорость работы транзистора	ГГц	10
Коэффициент увеличения скорости передачи информации за счет применения алгоритмов сжатия	бит/Гц	10
Предельная скорость передачи информации по 1 контакту	Гбит	100
Количество контактов на 1 мм2	шт.	4
Предельное значение удельной скорости обмена информацией с 1 мм2 площади микросхемы при электрическом соединении	Гбит/мм2/с	400

Если не появится прорывных технологических решений, то в ближайшее время будет достигнут физический предел значений степени интеграции. После чего возможно последует период инерционного развития рынков приборов микроэлектроники в течение 5-10 лет. К этому времени быстродействие интегральных схем (ИС) будет уже недостаточным для решения задач обработки больших массивов информации.

Рост производительности и функциональных возможностей микропроцессоров и мультипроцессорных ЭВМ сдерживается влиянием межсоединений как внутри кристалла плотноупакованных УБИС, так и между кристаллами. Основным выходом из сложившейся кризисной ситуации масштабирования УБИС с большой функциональной сложностью, характерной для НС и НК, является в перспективе переход к чисто оптическим связям между чипами и внутри чипа. Обработка больших массивов информации в разрабатываемых оптомикроэлектронных системах на УБИС с оптическими связями осложняет создание сверхбыстродействующих микроминиатюрных оптоэлектронных компонентов, совместимых с субмикронными КМОП-, БИКМОП-технологиями УБИС [2].

Основная проблема массового производства оптоэлектронных компонентов, совместимых с КМОП-технологиями, заключается в разработке технологии формирования на кремниевом кристалле эффективных светоизлучающих структур на основе кремния. Эта проблема является одной из основных проблем кремниевой оптоэлектроники. Интенсивная межзонная излучательная рекомбинация в кремнии не может быть достигнута, поскольку кремний не является прямозонным материалом. Один из путей решения задачи - введение в кремний редкоземельных элементов и возбуждение внутриатомных излучательных переходов. С середины девяностых годов в ряде ведущих научных центров США, Италии, Голландии, Японии, России и Германии интенсивно проводятся работы по созданию светоизлучающих структур на основе кремния, легированного эрбием Si:Er. В 2003 году исследовательская группа французской компании STMicroelectronics разработала кремниевые светоизлучающие элементы, по эффективности не уступающие таким полупроводникам, как арсенид галлия. Специалистам компании STMicroelectronics удалось разработать новую структуру, в которой ионы редкоземельных металлов, таких как эрбий или церий, имплантируются в слой, носящий название обогащенного кремнием оксида, иными словами, двуокиси кремния, в который внедрены нанокристаллы кремния размером 1-2 нм в поперечнике. Частота излучаемого таким полупроводником света определяется типом внесенных в полупроводник редкоземельных добавок. При этом квантовая эффективность такой структуры примерно на два порядка превышает значения, которые ранее удавалось получать с помощью кремния, и стала сравнимой с квантовой эффективностью арсенида галлия и других сложных полупроводников, традиционно используемых для производства светоизлучающих диодов. В приборах, которые фирма представляет как приборы первого поколения, достигнута эффективность, сравнимая с эффективностью эмиттеров на AlInGaP, в приборах второго поколения внутренняя эффективность повышена еще на 50%, а внешняя - в пять раз. Излучатели работают в зеленой или инфракрасной областях спектра (http://optics.org/articles/news/9/9/20, ST sets world record for silicon light emission; http://www.st.com/, Jacqueline Hewett is news reporter on Optics.org and Opto & Laser Europe magazine). Интересно проанализировать тенденции изменения параметров микропроцессоров за последние 10 лет. Эти данные показаны в таблице 2.

Таблица 2
Современные тенденции изменения параметров микропроцессоров
Параметры	1995	1998	2001	2004	2007	2010
Число транзисторов млн. на 1 см2	4	7	13	25	50	90
Удельная емкость Кэш-СОЗУ, Мбит/см2	2	6	20	50	100	300
Площадь кристалла, мм2	250	300	360	430	520	620
Количество выводов УБИС	512	512	512	512	800	1024
Количество выводов на 1 млн. транзисторов	128	73	39	20	16	11
Количество выводов на 1 Мбит памяти	1,0240	0,2844	0,0711	0,0238	0,0154	0,0055
* Основные данные для таблицы 2 взяты из [2].

Анализ таблицы 2 показывает, что интенсивность вычислительных процессов в микропроцессорах и их насыщенность транзисторами за 10 лет увеличились в 25 раз, а количество выводов на миллион транзисторов или на Мбит памяти во столько же раз уменьшилось, так как не удается разработать надежные многоконтактные соединения. Такое положение дел явилось следствием все той же «тирании межсоединений». За прошедшие десять лет количество выводов в микросхемах увеличилось с 512 до 1024, т.е. всего лишь вдвое. Из микросхем становится все труднее и труднее выводить информацию! Это прямое следствие «тирании межсоединений». Можно ли удержать тенденцию экспоненциального роста степени интеграции и, соответственно, экспоненциальное снижение стоимости обработки информации? Вот основной вопрос перспективного развития схемотехнической микроэлектроники. Разработчики ИС активно ищут способы преодоления "тирании межсоединений", пути обхода технологических и физических барьеров.

Решение проблемы «тираний» возможно с помощью технологии интеллектуальных многоконтактных соединений (ИМКС) по патенту РФ №2270493, принятому за прототип по микросхеме. Для осуществления многоконтактного соединения объединяют в специальные матрицы передатчики (выводы) прибора-источника информации, приемники (вводы) прибора-потребителя информации и концы пучка проводников сигнала. При формировании матриц не соблюдают строгий порядок пространственного расположения их элементов и формируют их хаотически или «как получится». Матрицы передатчиков и приемников соединяют с соответствующими матрицами пучка проводников, не обязательно точно соблюдая их одинаковое взаимное расположение и добиваясь лишь совпадения областей расположения элементов матриц. Такая конструкция соединений не требует высокой точности изготовления и монтажа, что существенно снижает их стоимость и расширяет возможности массового применения. После соединения и при повреждении соединения производят распознавание и запоминание образовавшихся каналов связи. Затем с помощью коммутаторов каналов подключают каждый распознанный и идентифицированный канал связи к вводам и выводам соединяемых приборов в соответствии с заданной таблицей или программой соединений. Распознавание каналов проводят последовательно или параллельно. При повреждении соединения осуществляется самодиагностика и регенерация соединения.

ИМКС позволяют решить целый ряд важнейших проблем.

На макроуровне новая технология соединений позволяет соединять одним разъемом устройства, содержащие десятки и даже сотни тысяч выводов. Так оптический кабель размером 5×5 мм, содержащий оптические волокна диаметром 17 микрон, позволяет создать интерфейс, содержащий до 20 тыс. каналов связи. (Всего в кабеле содержится 90 тыс. волокон). По каждому волокну можно передавать информацию со скоростью от 10 до 100 Гбит/с, и это теоретически не предел. Такой миниатюрный кабельный разъем сможет передавать информацию со скоростью до 2000 терабит/с (10¹² бит/с). Этого достаточно для передачи информации, получаемой от тридцати самых мощных на сегодняшний день суперкомпьютеров типа Blue Gene/L. Гипотетически, чтобы передать такой поток информации с помощью электрических соединений, даже работающих на частоте 1 ГГц, понадобится, по меньшей мере, 400 тыс. проводов диаметром 0,5 мм. Такой кабель будет иметь диаметр 700 мм. Он будет в 140 раз толще кабеля ИМКС!

На микроуровне новая технология соединений позволяет размещать выводы на любой поверхности микросхем в любом порядке. Это решает проблему «тирании межсоединений», так как позволяет, во-первых, делать выводы чрезвычайно миниатюрными, порядка толщины оптического волокна, т.е. от 10 до 30 мкм, что позволяет разместить на площади в 1 см² до одного миллиона оптических выводов, а во-вторых, выводить через оптические выводы информацию со скоростью от 10 Гбит/с до 100 Гбит/с с каждого канала. Сравнение скоростей передачи информации с помощью ИМКС (Табл.3) и с помощью обычных электрических контактов (табл.1) показывает, что применение ИМКС позволяет увеличить удельную скорость передачи информации в тысячи и даже в десятки тысяч раз. (См. табл.3).

Таблица 3
Оценка предельной скорости передачи информации с помощью ИМКС
Параметр	Единица изм.	Вариант 1	Вариант 2
Толщина волокна ИМКС	мкм	10	30
Приведенное сечение контакта (к квадрату)	мкм2	100	900
Количество выводов, которое можно разместить на 1 мм2 площади микросхемы	шт.	10000	1111
Скорость обмена информации по 1 каналу предельная	Гбит/с	100	100
Максимальное значение удельной скорости обмена информацией с 1
мм2 площади микросхемы	Гбит/с/мм2	1,00Е+06	1,11Е+05
Коэффициент увеличения скорости передачи информации за счет алгоритмов сжатия	бит/бит	10	10
Предельное значение удельной скорости обмена информацией с 1 мм2 площади микросхемы при использовании алгоритмов сжатия	Гбит/с/мм2	1,00Е+07	1,11Е+06

Таблица 4
Сравнение удельных скоростей передачи информации с помощью ИМКС и с помощью электрических контактов
Параметр	Единица изм.	Вариант 1	Вариант 2
Предельное значение удельной скорости обмена информацией с 1 мм2 площади микросхемы при использовании ИМКС	Гбит/мм2/с	10000000	1111111
Предельное значение удельной скорости обмена информацией с 1 мм2 площади микросхемы при электрическом соединении	Гбит/мм2/с	400	400
Эффективность ИМКС по сравнению с электрическими соединениями	раз	25000	2778

Использование ИМКС позволяет уменьшить количество процессоров в суперкластерах примерно во столько же раз, во сколько увеличивается интенсивность обмена информацией с кристаллом, т.е. от 2,7 тыс.раз до 25 тыс.раз.

На практике это означает то, что суперкомпьютер на ИМКС, обладающий производительностью лидера 2005 года BlueGene/L, можно будет создать не на 130 тысячах процессорах, а всего лишь на 46-ти (при использовании ИМКС на 30-ти микронных оптоволокнах) или даже на 5-ти (на пяти микропроцессорах!), при использовании 10-ти микронных оптических волокон в качестве каналов связи.

Внедрение ИМКС надолго, если не навсегда, разрешит проблему «тирании межсоединений» на микро- и макроуровнях как для традиционной электроники 4-го и 5-го поколений, так и для функциональной электроники, нейрокомпьютеров и квантовых компьютеров будущего.

Недостатком прототипа является то, что для широкого промышленного применения микросхем с ИМКС необходимо создание набора архитектурных решений различного уровня сложности с различными функциональными свойствами.

Использование нового типа соединений позволяет исключить корпусирование кристаллов и распайку контактных площадок на контактные площадки корпусов микросхем, а затем распайку корпусов в платы. Более того, новый способ соединений предполагает использование более простых способов монтажа кристаллов на плату и разработку новых типов плат для монтажа микросхем. Принципиальное отличие новых плат заключается в том, что на них не требуется осуществлять сложную многослойную разводку сигнальных шин, осуществляющих связи между кристаллами и микросхемами. Новые платы должны обеспечивать только предельно плотный монтаж кристаллов, их эффективное охлаждение и подвод к ним питания. Это позволяет сделать платы для микросхем с ИМКС совершенно не так, как делают платы для обычных микросхем сейчас.

В связи с развитием сетевых структур в электронике возникла новая тенденция создавать самоорганизующиеся электронные структуры.

Например, известен способ создания самоорганизующихся виртуальных макроквантовых нейронных сетей по заявке на изобретение РФ №2002131406, заключающийся в том, что при помощи макроквантового алгоритма преобразуют физическое пространство аппаратуры, состоящей из различных блоков, в виртуальное пространство, организованное в виде многослойных ветвящихся нейроподобных сетей, отличающийся тем, что при этом не создают аппаратно выполненные нейроны и электронные связи между нейронами.

Известна заявка на патент США №20030217129 «Самоорганизация интеллектуальной архитектуры сети и методология», по которой интеллектуальная сеть включает множество иерархических интеллектуальных слоев, каждый слой связан коммуникациями по крайней мере с одним из превосходящего слоя и одним зависимым слоем. Множество узлов формирует каждый слой, где каждое множество узлов имеет интеллектуальные модули, которые связаны горизонтально в пределах каждого слоя, так же как связаны с интеллектуальными модулями зависимых и превосходящих иерархических слоев, чем обеспечивают сквозную иерархическую самоорганизацию интеллектуальной сети. Соединение модулей в иерархическую структуру осуществляется вычислительной системой по заложенному в нее алгоритму и контролирующей функционирование узлов сети. Собственно подключение узлов в систему производится с использованием средств сетевых соединений, при этом подразумевается, что физическое подключение всех узлов в сеть уже осуществлено ранее, так как сеть существует и все ее узлы функционируют. Система предназначена для повышения эффективности использования ресурсов сети, а также изменения ее структуры путем самоорганизации при нарушении целостности системы (например, при разъединении кабелей) или в случае хакерской атаки.

Способность самоорганизации интеллектуальной системы сети получена при использовании петель обратной связи, сформированных петлями входа и петлями выхода продукции. Петли обратной связи обеспечиваются, чтобы установить процесс самоорганизации, где интеллектуальные сети могут динамически повторно формировать топологию сети, а также ресурсы, условия и услуги динамически. Также непрерывная интеллектуальная система сети мониторов узнает все об окружающей среде и о ее воздействии на ресурсы сети, принимает интеллектуальные решения и предпринимает соответствующие действия, основанные на поведении сети, наблюдаемой в прошлом относительно аналогичных воздействий.

Известна заявка на патент США 20050201300 «Самоконфигурирование беспроводной персональной сетевой области», в которой описаны методы и аппаратные средства, обеспечивающие самоформирование беспроводной персональной сети из массива сетевых устройств.

Система включает определение местоположения каждого из устройств, компаратор, соединенный с определителем для того, чтобы сравнивать местоположения каждого из устройств, для того чтобы выбрать необходимое подмножество устройств, и средства коммуникации, соединенные с компаратором, чтобы передать идентификационные данные подмножества к некоторым или всему подмножеству устройств. Полученная информация позволяет автоматически сформировать требуемое подмножество устройств.

Известна заявка США №20050201301 на изобретение «Самоассоциирующаяся беспроводная персональная область сети», где формирование сети происходит самостоятельно на основе определения типа устройств, сравнения их свойств с заданными и подключения в персональную область сети только тех устройств, которые отвечают выбранным критериям.

Известна заявка США №20050262382 «Масштабируемая архитектура, базирующаяся на программном кворуме», в которой группа компьютеров программно устанавливает кворум (соглашение между собой) для того, чтобы установить и скоординировать доступ к разделенным ресурсам кластерной вычислительной системы. Используя многократно объекты кворума, которые распределены между членами кластера, кластер может однообразно обеспечить доступ к ресурсам большому количеству компьютеров, которые обращаются к масштабируемым ресурсам, типа разделенной системы управления базой данных.

Известна заявка США №20060268791 «Самоорганизующаяся многоканальная петлевая сеть». Специальные узлы сети используются как отправные точки для того, чтобы сформировать группы полностью связанных узлов. Здесь все узлы могут общаться непосредственно друг с другом, и связи отвечают транспортным требованиям, как предназначено их индивидуальной конфигурацией и топологическими положениями. Связи, которые не сталкиваются друг с другом, как предполагают, будут работать одновременно, таким образом увеличивая полосу пропускания, предлагаемую целой системой. Когда есть изменение к системе типа отключения или введения узла, система приспособится с минимальным воздействием на его операцию. Как только все группы сформированы в системе, группы теперь способны к коммуникациям между группами с увеличением полосы пропускания для таких коммуникаций.

Известен патент РФ №2198481 «ГЛОБАЛЬНОЕ БЕСКОНФЛИКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ». В патенте описано средство, предназначенное для преодоления проблем, связанных с маршрутизацией передаваемого блока данных и конфликтом передаваемого блока данных в сетях глобальных межсоединений. В патенте показано, что абонентский доступ к системам с комплексным представлением информации потребует коммутаций сотен тысяч абонентских линий, причем каждая линия обеспечивает прогон более пятисот мегабайт в секунду. Для удовлетворения этих перспективных требований потребуются пропускные способности, которые на три-четыре порядка больше планируемых возможностей современной технологии электросвязи.

Известен патент РФ №2202123 «ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ПРОГРАММИРУЕМОЙ АРХИТЕКТУРОЙ». Система содержит N параллельных процессоров, каждый из которых содержит матрицу процессорных элементов, ОЗУ, управляющий процессор, системную шину, служебное ОЗУ, буферное ОЗУ, блок загрузки и одну или более коммуникационных сред.

Известна заявка РФ №№96123059 «Вычислитель с перепрограммируемой архитектурой», содержащий в своей основе базовые вычислительные элементы, входы/выходы которых соединены между собой по принципу каждый с каждым, подсоединены к общей внутренней шине F-bus и схеме синхронизации, отличающийся тем, что вычислитель содержит скоростную шину, позволяющую объединять несколько плат для решения сложных задач и позволяющую использовать электрические и оптические линии связи, реализован на основе многопроцессорной системы, а базовые вычислительные элементы выполнены на базе современных программируемых пользователем микросхем FPGA.

Известен патент РФ №2003124690 «Архитектура адаптивной параллельно-конвейерной нейронной сети для коррекции ошибок», содержащая блок нейронной сети, отличающаяся тем, что в нее включены блок реконфигурации, причем информационный вход сети соединен со входом нейронной сети, выход которой соединен с входом блока реконфигурации, управляющим входом демультиплексоров блока обнаружения ошибок и управляющим входом постоянного запоминающего устройства весовых коэффициентов блока исправления ошибок, выход которого является выходом адаптивной параллельно-конвейерной нейронной сети.

Известна заявка США №20060242225 «Самоформирующаяся и самовосстанавливающаяся конфигурация, разрешающая замену агентов с эффектом живого ремонта», по которой конфигурация включает набор агентов в "плоской" архитектуре аппаратных средств и позволяет обеспечить самоформирование и самовосстановление иерархической архитектуры путем использования программного обеспечения. Изобретение может использоваться в различных вариантах, например с целью поддержания целостности сети. В другом варианте сеть, контролирующая безопасность здания, предусматривает агентов сети способными к коммуникации с любыми другими агентами в сети при запуске сети. Вскоре после инициализации сети программная архитектура, основанная на плоской архитектуре аппаратных средств, перестраивает связи и коммуникации, чтобы обеспечить эффективную иерархию управления, и заменяет рабочими агентами скомпрометированных агентов по мере необходимости в сети.

Недостатком таких решений является использование либо сравнительно небольшого числа радиосоединений, к тому же обладающих ограниченной пропускной способностью, либо использование чисто программных средств формирования виртуальной «параллельной» архитектуры, которая физически все равно остается последовательной. Сетевые же Интернет-решения, несмотря на то, что они реально являются самым настоящим параллельным сетевым или древовидным решением, пока еще малопригодны для создания высокопроизводительных суперкластеров в связи с недостаточной для этих целей пропускной способностью оптоволоконных одномодовых шин, используемых в таких сетях. Реальное создание суперкластеров возможно только с использованием многоразрядных оптических шин с производительностью, в десятки тысяч раз превышающей производительность Интернет-соединений.

За прототип по самоформирующемуся суперкомпьютеру принята компьютерная система по заявке на изобретение РФ №96100215, содержащая по крайней мере одну стойку, установленные и скоммутированные на ней узлы, обрабатывающие информацию, и соединенные с основанием устройства ввода и/или вывода информации, отличающаяся тем, что коммутация узлов, обрабатывающих информацию, выполнена в виде соединения узлов, адекватных вихревым, и/или иерархически развивающимся, или коллапсирующим информационным потокам, и/или в виде расширяющегося или сжимающегося в информационных потоках доминирующего кластера из указанных узлов, причем соединение узлов друг с другом осуществлено, по крайней мере, через один световодный жидкокристаллический слой основания, при этом основание выполнено в виде объемного оптоэлектронного модуля. Узел, обрабатывающий информацию, выполнен в виде оптоэлектронного модуля, узлы, обрабатывающие информацию и образующие информационную среду, установлены на одном и/или нескольких основаниях в хаотичном порядке. Световодный зонд выполнен в виде U-образной петли, у которой оба конца зонда соединены с узлом, обрабатывающим информацию. В качестве контактного устройства использован оптоэлектронный модуль. Основания с суперпроцессорами, установленные в корпусе компьютерной системы, соединены друг с другом световодами, последовательно или зигзагообразно. Основания установлены в корпусе компьютерной системы в виде прямоугольной призмы.

Недостатком прототипа является технологическая сложность реализации оптических связей через световодный жидкокристаллический слой основания.

Предлагаемыми изобретениями решаются задачи упрощения технологии создания микросхем и суперкомпьютеров.

Технический результат, получаемый от изобретений, заключается в создании группы микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями, принципиально новой охлаждаемой платы для сверхплотного монтажа таких микросхем и самоформирующегося суперкомпьютера, использующего возможности, которые дает применение многоконтактных оптоволоконных соединений.

Предложены микросхема с оптоволоконными многоконтактными соединениями, охлаждаемая плата и самоформирующийся суперкомпьютер.

Основные отличия заявляемых изобретений заключаются в следующем:

1. Микросхема с оптоволоконными многоконтактными соединениями, содержащая функциональные блоки, систему распознавания, запоминания и коммутации каналов связи, а также или коммутатор каналов связи, соединенный с матрицей оптических передатчиков сигнала, или матрицу оптических приемников сигнала, и имеющая шины питания, входные и выходные шины вышеперечисленных блоков в виде токопроводящих дорожек, а также контактные площадки, отличается тем, что:

1.1. Содержит одновременно одну или несколько матриц оптических передатчиков сигнала, одну или несколько матриц оптических приемников сигнала, а также один или несколько коммутаторов каналов, причем:

1.2. - и/или входные шины матриц передатчиков соединены:

- 1.2.1. - или с контактными площадками микросхемы;

- 1.2.2. - или с выходными шинами функциональных блоков микросхемы;

- 1.2.3. - или с выходными шинами одного или нескольких коммутаторов каналов, входные шины которых в свою очередь соединены:

- 1.2.3.1. - с выходными шинами функциональных блоков микросхемы;

- 1.2.3.2. - или с контактными площадками.

1.3. - и/или выходные шины матриц приемников соединены:

- 1.3.1. - или с контактными площадками микросхемы;

- 1.3.2. - или со входными шинами функциональных блоков микросхемы;

- 1.3.3. - или с входными шинами одного или нескольких коммутаторов каналов, выходные шины которых в свою очередь соединены:

- 1.3.3.1. - и/или с входными шинами функциональных блоков микросхемы;

- 1.3.3.2. - или с контактными площадками.

Таким образом, отличия по п.1 описывают разные варианты компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями. Эти компоновки образуются путем комбинации способов и последовательности подключения матриц оптических приемников, матриц оптических передатчиков, коммутаторов и контактных площадок. Как было отмечено выше, большое разнообразие типов микросхем с ИМКС необходимо для создания широкой гаммы разнообразных устройств на базе стандартного набора микросхем, содержащих элементы ИМКС.

Таблица 5
Варианты групп компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями
1 группа	- Входы не коммутируемые	+ Выходы коммутируемые
2 группа	+ Входы коммутируемые	- Выходы не коммутируемые
3 группа	- Входы не коммутируемые	- Выходы не коммутируемые
4 группа	+ Входы коммутируемые	+ Выходы коммутируемые

Варианты компоновки возникают за счет вариаций сочетаний коммутируемости-некоммутируемости оптических входов и оптических выходов, а также контактных площадок (электрических входов и выходов) в группах 1-4.

Таблица 6
Варианты компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями1 группа: Входы не коммутируемые, выходы коммутируемые
№ варианта	Входы	Выходы
1	+ Входы оптические = матрица оптических приемников	+ Выходы оптические = коммутатор + матрица передатчиков
2	- Входы электрические = контактные площадки	+ Выходы оптические = коммутатор + матрица передатчиков
3	+ Входы оптические = матрица оптических приемников	- Выходы электрические = коммутатор + контактные площадки

Таблица 7
Варианты компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями2 группа: Входы коммутируемые, выходы не коммутируемые
№ варианта	Входы	Выходы
4	+ Входы оптические = матрица оптических приемников + коммутатор	+ Выходы оптические = матрица передатчиков
5	- Входы электрические = контактные площадки + коммутатор	+ Выходы оптические = матрица передатчиков
6	+ Входы оптические = матрица оптических приемников + коммутатор	- Выходы электрические = контактные площадки

Таблица 8
Варианты компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями3 группа: Входы не коммутируемые, выходы не коммутируемые
№ варианта	Входы	Выходы
7	+ Входы оптические = матрица оптических приемников	+ Выходы оптические = коммутатор + матрица передатчиков
8	- Входы электрические = контактные площадки	+ Выходы оптические = коммутатор + матрица передатчиков
9	+ Входы оптические = матрица оптических приемников	- Выходы электрические = коммутатор + контактные площадки

Таблица 9
Варианты компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями4 группа: Входы коммутируемые, выходы коммутируемые
№ варианта	Входы	Выходы
10	+ Входы оптические = матрица оптических приемников	+ Выходы оптические = коммутатор + матрица передатчиков
11	- Входы электрические = контактные площадки	+ Выходы оптические = коммутатор + матрица передатчиков
12	+ Входы оптические = матрица оптических приемников	- Выходы электрические = коммутатор + контактные площадки

Таблица 10
Варианты компоновки микросхем с оптоволоконными многоконтактными соединениями5 группа: Комбинации вариантов 1-12 с типами ветвления
	1	2	3
№ варианта	Параллельная = количество входов равно количеству выходов. Всего 12 типов	Разветвляющаяся = количество выходов больше, чем входов. Всего 12 типов	Сходящаяся = количество входов больше, чем выходов. Всего 12 типов

Типы компоновки 5-й группы по табл.10 образуются путем комбинации параллельных, разветвляющихся и сходящихся способов соединений ранее полученных групп комбинаций.

Таким образом, естественным путем возникает 36 вариантов типов микросхем с ИМКС, что, в принципе, достаточно для создания достаточно гибкой системы проектирования разнообразных устройств.

Необходимо отметить, что типы компоновки, когда матрицы оптических приемников и матрицы оптических передатчиков подключаются к контактным площадкам напрямую или через коммутаторы, в принципе, известны и применяются, например, в фотоматричных устройствах и световых индикаторах. Однако такая компоновка неизвестна для коммуникационных целей, т.е. для соединения микросхем с использованием регулярных жгутов оптоволоконных световодов, как в патенте РФ №№2270493. Необходимость использования микросхем с прямым подключением матриц оптических приемников и/или матриц оптических передатчиков к контактным площадкам возникает при соединении микросхем с ИМКС с обычными микросхемами на обычных платах. При этом на другом конце соединения должна стоять ответная матрица, соединенная с коммутатором.

2. Еще одно отличие микросхем по п.1 заключается в том, что все соединения с контактными площадками осуществляются напрямую или через оптоэлектронную развязку. Это, в принципе, известное решение является новым для заявляемого типа микросхем.

3. Еще одно отличие микросхем по п.1 заключается в том, что м