Радиоволны вместо меди: пластиковые волноводы обещают совершить революцию в мире межсоединений центров обработки данных с использованием искусственного интеллекта

Компании Point2 Technology и AttoTude совместно работают над разработкой кабелей ARC, которые могут стать альтернативой оптическим и электрическим межсоединениям. Это позволит увеличить пропускную способность, плотность размещения ИИ-ускорителей и удешевить строительство центров обработки данных ИИ, сообщает IEEE Spectrum.

В стойках ускорителей искусственного интеллекта для соединения узлов обычно используются относительно короткие медные кабели, тогда как сеть внутри центров обработки данных и между ними традиционно использует оптоволокно. Потребность в более высоких скоростях передачи данных от одного ускорителя искусственного интеллекта к другому ускорителю искусственного интеллекта часто ограничивается физическими свойствами меди. Для достижения терабайтной скорости медные межсоединения должны становиться толще и короче.

Поскольку Nvidia планирует увеличить максимальное количество чипов в компьютерной системе в 8 раз (с 72 до 576) к 2027 году, утилизация меди станет серьезной проблемой.

Медь очень эффективна, особенно экономически, при использовании на коротких расстояниях. На очень высоких частотах, характерных для современных микросхем, сигнал в проводе в основном передается в поверхностном слое за счет скин-эффекта. Для борьбы с этим явлением либо увеличивают количество проводов, либо их покрывают, например, серебром, либо просто увеличивают их размер. Все это не позволяет создавать компактные и дешевые системы. Активные электрические кабели в настоящее время набирают все большую популярность (АЕК), включая ретаймеры, которые усиливают и «очищают» сигнал. Например, кабели Credo 800G, любимые гиперскейлерами (и не только) имеют длину до 7 метров и весят около 800 грамм.

Однако в будущем даже АЕК достигнет потолка по законам физики. Между тем, Point2 Technology и AttoTude предлагают промежуточное решение — дешевое и надежное, как медь, с возможностью использования узких и длинных кабелей для удовлетворения потребностей систем искусственного интеллекта будущего. В этом году Point2 намерена начать производство кабельных чипов пропускной способностью до 1,6 Тбит/с, состоящих из 8 тонких полимерных волноводов, каждый из которых способен передавать данные на скорости 448 Гбит/с на частотах 90 и 225 ГГц. Решение AttoTude практически такое же, за исключением того, что оно использует терагерцовые частоты.

Обе компании утверждают, что их технологии превосходят медные по «дальностью действия» — сигнал легко передается на расстояние 10-20 метров без существенных потерь, чего будет достаточно для подключения будущих стоек. Point2 утверждает, что ее решение по сравнению с оптическими межсоединениями потребляет в три раза меньше энергии, стоит в три раза дешевле и обеспечивает на три порядка меньшую задержку при передаче данных. Сторонники технологии утверждают, что надежность и простота изготовления волноводов, сравнимая с простотой изготовления оптических волокон, означает, что она может не только заменить оптические связи между ускорителями искусственного интеллекта, но и частично вытеснить медь из печатных плат.

Основатель AttoTude Дэйв Уэлч, который стал соучредителем Infinera, десятилетиями работал с фотонными системами и знает их сильные и слабые стороны. В частности, по данным Nvidia, около 10% энергопотребления в дата-центрах AI уже тратится на оптику. Системы на основе фотоники, как правило, очень чувствительны к температуре и требуют высокой точности производства (на уровне микрометра) и, как правило, не очень надежны. В результате Уэлча интересует радиочастотный диапазон от 300 ГГц до 3 ТГц, а не оптический диапазон. В решении AttoTude используются волноводы толщиной около 200 мкм с диэлектрическим сердечником, которые уже демонстрируют затухание 0,3 дБ/м, что во много раз меньше, чем у медного кабеля 224G.

В AttoTude уже есть все основные компоненты, включая интерфейс для подключения к ускорителям, терагерцовый генератор, мультиплексор, антенны и сами волноводы. Основная задача сейчас — объединить все в компактном модуле, который можно будет легко подключить к ускорителям, как существующие решения. Компания уже продемонстрировала передачу данных на скорости 224 Гбит/с на частоте 970 ГГц на расстояние 4 метра.

Point2, основанная 9 лет назад ветеранами Marvell, Nvidia и Samsung, привлекла инвестиции в размере 55 миллионов долларов США, в основном от производителя кабелей и разъемов Molex. Point2 уже продемонстрировала, что можно производить кабели, не меняя производственные линии, и теперь партнером стартапа является Foxconn Interconnect Technology. Эта поддержка может иметь решающее значение в попытке привлечь гиперскейлеров в качестве клиентов.

На каждом конце кабеля Point2 e-Tube есть генератор, антенны и чип для преобразования цифровых сигналов в радиоволны. Волновод состоит из диэлектрического сердечника с металлическим покрытием. Для достижения скорости 1,6 Тбит/с необходимо 8 волноводов, каждый из которых работает на своей частоте и со своими параметрами. Такой кабель значительно тоньше и легче AEC. По словам вице-президента компании Дэвида Куо, одним из ключевых преимуществ технологии Point2 является возможность производить чипы по дешевому и доступному 28-нм техпроцессу.

Оба стартапа работают параллельно над интеграцией своих решений непосредственно в компьютерные чипы. Интегрированная фотоника (CPO) уже появился в коммутаторах Broadcom и Nvidia, но до прямой интеграции таких интерфейсов в AI-ускорители и другие чипы еще далеко. Nvidia и Broadcom, работая отдельно, пришлось проделать большую работу по созданию надежных систем, которые бы работали на одном шасси с дорогими ускорителями искусственного интеллекта.

Одной из задач является подключение оптоволокна к волноводу фотонного чипа с точностью до микрометра. В частности, инфракрасный лазер необходимо расположить непосредственно напротив сердцевины оптического волокна толщиной всего 10 мкм. Для сравнения, сигналы миллиметрового и терагерцового диапазона имеют гораздо большую длину волны, поэтому радиоэлектрическая связь не требует такой точности.