Оптическая связь: новые возможности для расширения сетей ИИ

Рост требований к дальности передачи данных в больших кластерах и сетях искусственного интеллекта (ИИ) стимулирует развитие более совершенных оптических решений.

В условиях стремительного увеличения мощностей обработки данных и сетевой инфраструктуры в дата-центрах, вызванного бурным развитием ИИ, оптическая связь выступают ключевым элементом для масштабирования и расширения ИИ-сетей. ЕЕ задача — обеспечить высокоскоростную, энергоэффективную и надежную передачу данных между многочисленными вычислительными узлами.

Компания Broadcom Inc. недавно анонсировала третье поколение продукта с технологией совместно упакованных оптических интерфейсов (CPO) со скоростью 200 Гбит/с на линию. Эта разработка стала логичным продолжением работы, начатой в 2021 году, с первого поколения чипсета Tomahawk 4-Humboldt. В интервью EE Times вице-президент по маркетингу и операциям в подразделении оптических систем Broadcom Маниш Мехта отметил, что одной из ключевых целей является создание оптической связи с минимальным энергопотреблением.

Подразделение Broadcom по оптическим системам сформировалось частично за счет приобретения подразделения по производству оптических трансиверов компании Avago, которая специализировалось производстве трансиверов с многомодовыми лазерами. За последние пять лет Broadcom инвестировала существенные средства в развитие платформы CPO, опираясь на десятилетия опыта в области лазерных технологий.

До бума ИИ многомодовые оптические трансиверы преимущественно применялись в корпоративных дата-центрах для поддержки облачных вычислений, однако теперь фокус сместился на создание компонентов и лазерных технологий для ИИ-сетей. По словам Мехты, требования к пропускной способности оптики кардинально изменились: на фронтэнде — распределенная обработка запросов на каждом CPU, на бэкэнде — тысячи GPU, задействованных в обучении моделей. Оптическая связь всегда была необходима в высокопроизводительных вычислениях, но их объемы были сравнительно малы. С началом широкого внедрения ИИ и систем рекомендаций с большими языковыми моделями (LLM) спрос на эти технологии резко вырос.

Высокие требования к дальности передачи данных в масштабных кластерах ИИ стимулируют развитие новых оптических решений. С помощью платформы CPO Broadcom интегрирует оптические компоненты, которые традиционно размещались в трансиверах, в более компактные и плотные устройства на основе кремния. Это позволяет разместить оптику намного ближе к центральному ASIC, что снижает затраты и уменьшает потребление энергии за счет исключения необходимости в дополнительной цифровой обработке сигнала.

В отличие от решений с модульными оптическими интерфейсами, Broadcom делает ставку на интеграцию оптики непосредственно на подложке. Это снижает объем дополнительных цепей и цифровой обработки, что существенно сокращает энергопотребление.

Активный рост рынка модульных оптических решений

Рынок модульных оптических решений для дата-центров активно растет, по прогнозам исследовательской компании LightCounting, ежегодный темп роста составит около 23% в период с 2025 по 2030 год, превысив $24 млрд. При этом доля трансиверов с использованием кремниевой фотоники (SiPho) увеличится с 30% в 2024 году до 60% к 2030-му.

Ранее в этом году компания STMicroelectronics представила новое поколение собственных технологий для высокопроизводительной оптической связи в дата-центрах и ИИ-кластерах. В составе решений — оптический чип с фирменной технологией SiPho, объединяющей несколько сложных компонентов в одном кристалле. По словам Винсента Фрейса, вице-президента STMicroelectronics по радиочастотным и оптическим коммуникациям, сочетание SiPho с технологией BiCMOS обеспечивает сверхвысокие скорости передачи и низкое энергопотребление, что крайне важно для масштабирования ИИ.

Ключевая задача гипермасштабных дата-центров — оптимизация потребления энергии на единицу вычислительной мощности. STMicroelectronics видит будущее в ускоренной инфраструктуре ИИ, где все элементы связаны или взаимосвязаны оптически.

Как и Broadcom, STMicroelectronics ориентируется на задачи обеспечения большой дальности передачи данных для ИИ-сред, предлагая решения SiPho с производительностью 200 Гбит/с на линию, обеспечивающие повышенную скорость и дальность при снижении энергопотребления.

Фрейс прогнозирует, что в ближайшие годы кремниевая фотоника станет доминирующей технологией для трансиверов. Отраслевой тренд направлен на замену медных кабелей в стойках оптическими соединениями с высокой плотностью размещения, позволяющими вписаться в физические размеры GPU.

Данный сдвиг в развитии оптической связи позволяет эффективно удовлетворять растущие требования сетевой инфраструктуры ИИ, обеспечивая высокую производительность, энергоэффективность и надежность, что является критически важным для современных вычислительных центров и масштабных ИИ-кластеров.