IBM е успяла да достигне с оптично влакно до процесора – това ще увеличи пропускателната способност между чиповете до 80 пъти

През последните 20 години компютърните технологии и комуникациите се насочват към оптични интерфейси. Това вече се е случило в комуникационната мрежа, но все още е в застой в областта на центровете за данни и на ниво междучипови и междукомпонентни връзки в компютрите. В идеалния случай сигналът трябва да излиза директно от процесора като оптични импулси и да се насочва или към съседния чип, или към съседните шкафове, зали и дори извън тях – IBM е избрала този път.

Оптиката се сравнява благоприятно с медта (проводящите връзки) по отношение на ниското тегло, ниската цена, ниските смущения, високата скорост на предаване, ниската консумация на енергия и като цяло позволява увеличаване на честотната лента без увеличаване на консумацията на енергия. Възможността за използване на оптични връзки вече е включена във всички най-нови Ethernet стандарти, както и в PCIe стандартите. Intel се доближи най-много до интегрирането на оптични връзки в процесори (ускорители) със своята платформа Light Peak. И въпреки че Intel отдавна отмени разработването на тази платформа, идеята не умря и днес намира своето продължение в новия оптичен интерфейс Intel OCI (Open Compute Project Interconnect Link).

В тази връзка IBM обяви пробив в областта на интегрираните в процесори оптични интерфейси.

Подобно на Intel, интегрираната оптика на IBM води началото си от разработките в областта на силициевата фотоника, които двете компании започнаха да разработват преди повече от 20 години. Новият интегриран интерфейс на IBM се нарича съвместно опакована оптика (CPO). В буквален превод това означава „съвместно опакована“ или „комбинирана“ оптика – допълнителна връзка за данни. Тя не замества кабелите на дънната платка и кабелите в компютъра и между шкафовете, а ги допълва с високоскоростен и енергийно ефективен интерфейс.

Интерфейсът CPO използва евтинoто полимерно оптично влакно PWG (Polymer Optical Waveguide) като проводник на светлината. Компанията е представила работещ прототип на интерфейса (платформа) с влакно PWG с дебелина 50 µm и е готова да го мащабира до влакно с дебелина под 20 µm. Спецификациите на CPO интерфейса позволяват комуникация от чип до чип, от платка до платка и от шкаф до шкаф или казано по-просто, работа на разстояния от няколко сантиметра до стотици метри.

Ако предложеното от IBM техническо решение бъде възприето от индустрията, то ще доведе до по-ниски разходи за мащабиране на платформите с изкуствен интелект поради повече от 5 пъти по-ниската консумация на енергия в сравнение с електрическите връзки от среден клас, като същевременно ще увеличи дължината на свързващите кабели в центровете за данни от един до стотици метри.

Може да се очаква също така да се ускори обучението на ИИ-модели, което с до 5 пъти, отколкото с конвенционалните кабелни интерфейси. Технологията CPO може да намали времето, необходимо за обучение на стандартен LLM от 3 месеца на 3 седмици. Тя също така ще осигури повишаване на производителността чрез използването на по-големи модели и повече графични процесори, което ще намали времето за престой.

И накрая, технологията CPO ще подобри значително енергийната ефективност на центровете за данни, като ще спести енергия, еквивалентна на годишното потребление на 5000 американски жилища за обучение на един ИИ-модел.

„Тъй като генеративният ИИ изисква все повече енергия и изчислителни ресурси, центровете за данни трябва да се развиват, а комбинираната оптика може да ги направи по-устойчиви на бъдещето. С този пробив чиповете на бъдещето ще предават данни по същия начин, по който оптичните кабели пренасят информация към и от центровете за данни, поставяйки началото на нова ера на по-бързи и по-устойчиви комуникации, способни да се справят с работните натоварвания на изкуствения интелект в бъдеще.“

каза Дарио Гил, старши вицепрезидент и директор на изследователската дейност в IBM

Изследователите на IBM изложиха подробности за новия интерфейс в статия, публикувана в arXiv. Новите оптични структури с висока плътност, съчетани с предаването на множество дължини на вълните по един оптичен канал, потенциално ще увеличат пропускателната способност между чиповете до 80 пъти в сравнение с електрическите връзки.

Експерименталната платформа премина всички необходими стрес тестове. Компонентите бяха изложени на висока влажност и температури от -40 °C до +125 °C, както и на тестове за механична якост, за да се потвърди, че оптичните връзки могат да се огъват, без да се счупят или да се загубят данни. Освен това изследователите демонстрираха технологията PWG при стъпка 18 µm. Комбинирането на четири PWG блока с тази стъпка ще позволи свързването на до 128 канала. В крайна сметка това ще осигури плътност на предаване до 10 Tbps/mm².