Радиовълни вместо мед: Пластмасови вълноводи обещават революция в света на интерконекторите в AI центровете за данни

Компаниите Point2 Technology и AttoTude работят съвместно по разработката ARC кабели, които биха могли да бъдат алтернатива на оптичните и електрическите интерконектори. Това би увеличило пропускателната способност, плътността на разположението на AI ускорителите и би направило по-евтино изграждането на AI центрове за данни, съобщава IEEE Spectrum.

В рамките на стелажите за AI ускорители обикновено се използват сравнително къси медни кабели за свързване на възлите, докато мрежата в рамките на центровете за данни и между тях традиционно използва оптични влакна. Необходимостта от по-високи скорости на предаване на данни от AI ускорител до AI ускорител често е ограничена от физическите свойства на медта. За да се постигнат терабайтови скорости, медните взаимовръзки трябва да станат по-дебели и по-къси.

Тъй като Nvidia очаква да увеличи максималния брой чипове в една компютърна система 8 пъти (от 72 на 576) до 2027 година, използването на мед ще бъде голямо предизвикателство.

Медта е много ефективна, най-вече от икономическа гледна точка, когато се използва на къси разстояния. При много високите честоти, характерни за съвременните чипове сигналът в проводника се предава главно в повърхностния слой поради скин ефекта. За да се преборим с това явление, или се увеличава броят на проводниците, или те се покриват например със сребро, или просто се увеличава размерът им. Всичко това не позволява създаването на компактни и евтини системи. Сега все по-голяма популярност придобиват активните електрически кабели (АЕК), включващи ретаймери, които усилват и „почистват“ сигнала. Например, 800G кабелите на Credo, които са любими на хиперскалаторите (и не само) са дълги до 7 метра и тежат около 800 грама.

В бъдеще обаче дори АЕК ще достигнат таван поради законите на физиката. Междувременно Point2 Technology и AttoTude предлагат междинно решение – евтино и надеждно като медта, с възможност за използване на тесни и дълги кабели, за да се отговори на нуждите на AI системите на бъдещето. През тази година Point2 възнамерява да започне производството чипове за кабели с капацитет до 1,6 Tbps, състоящи се от 8 тънки полимерни вълновода, всеки от които може да предава данни със скорост 448 Gbps, използвайки честоти 90 и 225 GHz. Решението на AttoTude е практически същото, само че използва терахерцови честоти.

И двете компании твърдят, че технологиите им превъзхождат медта по отношение на „обхвата“ – сигналът може лесно да се предава на разстояние 10-20 метра без значителни загуби, което ще бъде достатъчно за свързване на бъдещите стелажи. Point2 твърди, че нейното решение, в сравнение с оптичните взаимовръзки консумира три пъти по-малко енергия, три пъти по-евтино е и осигурява три порядъка по-ниска латентност при предаване на данните. Поддръжниците на технологията твърдят, че надеждността и лекотата на производство на вълноводите, сравнима с лекотата на производство на оптични влакна означава, че тя може не само да замени оптичните връзки между AI ускорителите, но и частично да измести медта от печатните платки.

Основателят на AttoTude Дейв Уелч, който е участвал в създаването на Infinera се занимава с фотонни системи от десетилетия и познава техните слаби и силни страни. По-специално, според Nvidia около 10% от потреблението на енергия в AI центровете за данни вече се изразходва за оптика. Системите, базирани на фотониката по принцип са много чувствителни към температурата, изискват висока производствена прецизност (на ниво микрометър) и като цяло не са особено надеждни. В резултат на това Уелч се интересува от радиочестотния диапазон от 300 GHz до 3 THz, а не от оптичния диапазон. Решението на AttoTude използва вълноводи с дебелина около 200 µm с диелектрична сърцевина, които вече показват затихване от 0,3 dB/m, многократно по-малко от медния 224G кабел.

AttoTude вече разполага с всички основни компоненти, включително интерфейс за свързване с ускорители, терахерцов осцилатор, мултиплексор, антени и самите вълноводи. Основното предизвикателство сега е да се комбинира всичко в компактен модул, който може лесно да се свързва към ускорители, както съществуващите решения. Компанията вече е демонстрирала предаване на данни със скорост 224 Gbps при 970 GHz на разстояние 4 метра.

Point2, която е основана преди 9 години от ветерани на Marvell, Nvidia и Samsung е набрала 55 милиона долара инвестиции, предимно от производителя на кабели и конектори Molex. Point2 вече демонстрира, че е възможно да се произвеждат кабели без да се променят производствените му линии, а сега Foxconn Interconnect Technology си партнира със стартъпа. Тази подкрепа може да се окаже от решаващо значение при опитите за привличане на хиперскалатори като клиенти.

Във всеки край на Point2 e-Tube кабела има генератор, антени и чип за преобразуване на цифровите сигнали в радиовълни. Вълноводът се състои от диелектрична сърцевина с метално покритие. За да се постигне скорост от 1,6 Tbps са необходими 8 вълновода, всеки от които работи на собствена честота и със собствени параметри. Такъв кабел е значително по-тънък и по-лек от AEC. Според вицепрезидента на компанията Дейвид Куо, едно от ключовите предимства на технологията на Point2 е възможността за производство на чипове по евтиния и достъпен 28 nm процес.

Двата стартъпа работят паралелно за интегриране на решенията си директно в компютърните чипове. Интегрираната фотоника (CPO) вече се появи в комутаторите на Broadcom и Nvidia, но директното интегриране на подобни интерфейси в AI ускорители и други чипове все още е далеч. Nvidia и Broadcom, които работят поотделно трябваше да свършат много работа, за да създадат надеждни системи, които да работят в един и същи корпус със скъпите AI ускорители.

Едно от предизвикателствата е свързването на влакнестата оптика с вълновод на фотонен чип с точност до микрометър. По-специално, инфрачервеният лазер трябва да бъде поставен точно срещу сърцевината на оптичното влакно, което е с дебелина само 10 µm. За сравнение, милиметровите и терахерцовите сигнали са с много по-голяма дължина на вълната, така че при свързването на радиоволтаика не се изисква такава прецизност.