IBM удалось дойти до процессора с помощью оптоволокна — это увеличит пропускную способность между чипами до 80 раз

За последние 20 лет компьютерные технологии и средства связи перешли к оптическим интерфейсам. Это уже произошло в сети связи, но в области центров обработки данных и на уровне межчиповых и межкомпонентных соединений в компьютерах пока застой. В идеале сигнал должен выходить из процессора напрямую в виде оптических импульсов и идти либо к соседнему чипу, либо к соседним шкафам, залам и даже дальше — IBM выбрала этот путь.

Оптика выгодно отличается от медных (проводящих линий) малым весом, низкой стоимостью, низким уровнем помех, высокой скоростью передачи, низким энергопотреблением и в целом позволяет увеличить пропускную способность без увеличения энергопотребления. Возможность использования оптических соединений теперь включена во все новейшие стандарты Ethernet, а также в стандарты PCIe. Intel ближе всех подошла к интеграции оптических соединений в процессоры (ускорители) с платформой Light Peak. И хотя Intel давно отказалась от разработки этой платформы, идея не умерла и сегодня находит свое продолжение в новом оптическом интерфейсе Intel OCI (Ссылка на межсоединение открытого вычислительного проекта).

В связи с этим IBM объявила о прорыве в области интегрированных с процессором оптических интерфейсов.

Как и Intel, интегрированная оптика IBM берет свое начало в разработках в области кремниевой фотоники, которые обе компании начали разрабатывать более 20 лет назад. Новый интегрированный интерфейс IBM называется совместно упакованной оптикой (CPO). В буквальном переводе это означает «комплексная» или «комбинированная» оптика – дополнительный канал передачи данных. Он не заменяет кабели на материнской плате и кабели в компьютере и между шкафами, а дополняет их высокоскоростным и энергоэффективным интерфейсом.

В интерфейсе CPO используется недорогое полимерное оптическое волокно PWG. (Полимерный оптический волновод) как проводник света. Компания представила рабочий прототип интерфейса (платформа) с волокном PWG толщиной 50 мкм и готов масштабировать его до волокна толщиной менее 20 мкм. Спецификации интерфейса CPO обеспечивают связь между чипами, платами и шкафами или, проще говоря, работу на расстояниях от нескольких сантиметров до сотен метров.

Если техническое решение, предложенное IBM, будет принято отраслью, это приведет к снижению затрат на масштабирование ИИ-платформ за счет снижения энергопотребления более чем в 5 раз по сравнению с электрическими соединениями средней мощности, а также увеличения длины соединительных кабелей в центрах обработки данных. от одного до сотен метров.

Также можно ожидать, что обучение моделей ИИ ускорится до 5 раз по сравнению с обычными проводными интерфейсами. Технология CPO позволяет сократить время, необходимое для изучения стандартного LLM, с 3 месяцев до 3 недель. Это также обеспечит повышение производительности за счет использования более крупных моделей и большего количества графических процессоров, что сократит время простоя.

Наконец, технология CPO значительно повысит энергоэффективность центров обработки данных, экономя энергию, эквивалентную годовому потреблению 5000 американских домов для обучения одной модели искусственного интеллекта.

«Поскольку генеративный ИИ требует все больше и больше энергии и вычислительных ресурсов, центры обработки данных должны развиваться, а составная оптика может сделать их более перспективными. Благодаря этому прорыву чипы будущего будут передавать данные так же, как оптоволоконные кабели передают информацию в центры обработки данных и обратно, открывая новую эру более быстрых и надежных коммуникаций, способных справляться с рабочими нагрузками искусственного интеллекта в будущем. ».

сказал Дарио Хил, старший вице-президент и директор по исследованиям IBM

Исследователи IBM подробно описали новый интерфейс в статье, опубликованной на arXiv. Новые оптические структуры высокой плотности в сочетании с передачей нескольких длин волн по одному оптическому каналу потенциально увеличат пропускную способность между чипами до 80 раз по сравнению с электрическими каналами.

Экспериментальная платформа прошла все необходимые стресс-тесты. Компоненты подвергались воздействию высокой влажности и температуры от -40 °C до +125 °C, а также прошли испытания на механическую прочность, чтобы подтвердить, что оптические линии можно согнуть без разрушения или потери данных. Кроме того, исследователи продемонстрировали технологию PWG с шагом 18 мкм. Объединение четырех блоков PWG на этом этапе позволит подключить до 128 каналов. В конечном итоге это обеспечит плотность передачи до 10 Тбит/с/мм².