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光互連，助力數據中心

人工智能博通意法半導體

光互連，助力數據中心

大型人工智能集群和網絡的高覆蓋要求正在推動對更好光學解決方案的需求 。
隨著人工智能將數據中心的處理和網絡能力推向極限 ， 光互連技術正在加緊步伐 ， 以實現人工智能的擴展和橫向擴展網絡 。
博通公司（Broadcom）近日宣布推出其第三代200G/通道共封裝光學（CPO）產品線 ， 該產品線基于自2021年以來一直專注的CPO技術 ， 其首款產品是Tomahawk 4-Humboldt芯片組 。 博通光學系統部門營銷和運營副總裁馬尼什·梅塔（Manish Mehta）在接受采訪時表示 ， 其目標是提供功耗最低的光學互連產品 。
博通的光學系統部門部分是通過收購建立起來的 ， 其中包括安華高（Avago）的光纖產品部門 ， 該部門一直在開發基于多模激光器的光收發器 。 梅塔表示 ， 博通在過去五年中一直投資于其CPO平臺 ， 該平臺利用了幾十年來的激光技術發展 。
他說 ， 在人工智能熱潮之前 ， 多模光收發器主要用于企業數據中心 ， 以支持云計算的增長 。 “這項業務的重點已真正轉向構建用于人工智能網絡的光學元件和激光技術 。 ”
梅塔表示 ， 由于人工智能 ， 光學帶寬需求發生了巨大變化 。 在前端 ， 每個CPU解析查詢時都有分布式工作負載 ， 而在后端 ， 數千個GPU正在處理訓練任務 。 他說 ， 光互連一直都是高性能計算所必需的 ， 但數量并不大 。 “一旦人工智能、推薦引擎和大型語言模型（LLMs）開始將其用于訓練網絡 ， 它就真正爆發了 。 ”
大型人工智能集群和網絡的高覆蓋要求正在推動對更好光學解決方案的需求 。 梅塔表示 ， 通過其CPO平臺 ， 博通正在將傳統上用于收發器的光學內容集成到密度更高的硅化設備中 。 “然后我們將其非常、非常靠近核心ASIC 。 ”
梅塔表示 ， 這種集成降低了成本 ， 并消除了消耗大量電力的電路和數字信號處理功能 。 “通過將光互連直接共封裝在同一基板上 ， 您可以消除許多此類功能 ， 從而降低功耗 。 ”
盡管博通正在避免可插拔方式 ， 但根據研究公司LightCounting的數據 ， 數據中心市場的可插拔光學器件正在經歷顯著增長 ， 預計在2025-2030年期間將以23%的復合年增長率增長 ， 超過240億美元 ， 而基于硅光子（SiPho）調制器的收發器市場份額將從2024年的30%增加到2030年的60% 。
今年早些時候 ， 意法半導體（STMicroelectronics）推出了其下一代專有技術 ， 用于數據中心和人工智能集群中更高性能的光學互連 ， 其中包含該公司專有SiPho技術的收發器光學芯片 。 在一次簡報中 ， 該公司射頻和光通信集團副總裁文森特·弗萊斯（Vincent Fraisse）表示 ， SiPho使客戶能夠將多個復雜組件集成到單個芯片中 。
意法半導體正在將SiPho與其BiCMOS技術相結合 ， 帶來超高速和更低功耗的連接 ， 弗萊斯表示 ， 這對于維持人工智能增長至關重要 。 “超大規模公司的挑戰是優化每單位計算的能耗 。 ”他說 ， 公司相信一個加速人工智能基礎設施的新時代 ， 所有元素都通過光學連接或互連 。
與博通一樣 ， 意法半導體也在尋求解決人工智能環境的覆蓋要求 ， 弗萊斯表示 ， SiPho提供更高的性能 ， 允許更長的范圍和更高的速度 ， 每通道200G ， 同時還降低了功耗 。
弗萊斯預計SiPho將在未來幾年占據收發器市場的大部分份額 。 “行業中有一個明顯的趨勢 ， 即用光連接替換機架背面的銅纜 ， 并將其高度密集化 ， 使其符合GPU的物理尺寸 ， ”他說 。
第三種選擇除了光互連及傳統的銅纜之外 ， 數據中心還有第三種選擇：e-Tube ， 這是一個可擴展的多太比特互連平臺 ， 通過塑料介質波導傳輸射頻數據 。
有源射頻電纜 (ARC) 采用e-Tube技術 ， 集成毫米波射頻發射器 ， 將電域的太比特數據上變頻至射頻域 。 天線輻射無線信號 ， 并通過e-Tube核心進行傳播 。
在另一端 ， 互補的毫米波射頻接收器和天線接收無線信號并將其轉換回電信號 。 對于通過ARC連接的兩個系統而言 ， 該互連如同一個電系統 。 ARC責管理電信號到射頻以及射頻到電信號的轉換 ， 使轉換過程對兩個連接的系統透明 。
e-Tube線纜采用常見的低密度聚乙烯(LDPE) 材料制成 ， 不會像銅線那樣受到高頻損耗的影響 ， 使其成為一種可擴展的互連方案 ， 可用于56G至224G及更高的任何數據速度 。 用于數據傳輸的低功耗射頻發射器和接收器IC實現了業界最佳的3pj/bit能效 ， 且延遲僅為皮秒級 。
其結果是 ， 電纜的覆蓋范圍比銅纜高出10倍 ， 重量減輕5倍 ， 厚度減少2倍 ， 功耗降低3倍 ， 延遲降低1000倍 ， 成本降低3倍 。 e-Tube滿足了銅纜和光纖互連技術無法實現的帶寬需求 。 隨著數據中心向1.6T和3.2T速度過渡 ， 它是機架內和相鄰機架連接的理想銅纜替代品 。
為了加速部署 ， 這項創新的互連技術e-Tube RF SoC采用成熟、標準的半導體工藝技術和成熟的IC封裝技術制造 。 數十年來 ， 連接器和線纜的“連接化”一直采用銅雙軸制造技術進行量產 。 線纜設計符合行業定義的 MSA 封裝規格 ， 例如OSFP和QSFP-DD 。 這為不同的系統設計提供了靈活性 ， 因為它有助于確保與不同制造商的現有網絡基礎設施設備的兼容性 。
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