Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

31 июля агентство Синьси сообщило, что Конференция по оптоволоконной связи (OFC) признана самым высоким и крупнейшим международным мероприятием в области оптической связи в мире и является движущей силой развития передовых технологий оптической связи. На конференции по оптоволоконным коммуникациям в этом году команда Intel Silicon Photonics Integrated Solutions (IPS) поделилась своим революционным прогрессом в продвижении инноваций в технологии высокоскоростных межсоединений.Ведущий в отрасли полностью интегрированный кристалл OCI (Optical Computing Interconnect), оснащенный процессорами Intel для обработки реальных данных。

Для центров обработки данных и приложений высокопроизводительных вычислений (HPC) ядро ​​OCI, созданное Intel, реализует совместный пакет оптического ввода-вывода и может поддерживать 64 канала 32 Гбит / с в одном направлении по оптическим волокнам длиной до 100 метров. растущий спрос на инфраструктуру искусственного интеллекта. Растущий спрос на более высокую пропускную способность, более низкое энергопотребление и большую дальность передачи.

Intel не раскрыла точные размеры шариков OCI, но недавно опубликованные фотографии показывают сравнение шариков OCI с ластиком на конце стандартного карандаша № 2.

Что касается более технических подробностей основных чипов OCI, Сун Цзицян, вице-президент исследовательского института Intel и директор китайского исследовательского института Intel, недавно провел углубленный обмен мнениями с основными СМИ и другими СМИ.Сун Цзицян поделился планами будущих инноваций Intel в области кремниевой фотонной интеграции. Ожидается, что за счет увеличения скорости линии, количества длин волн на волокно, количества волокон и режима поляризации компания увеличит производительность будущих поколений ядер OCI и создаст новые технологии. пропускная способность до32Тбит/сустройство.

Intel поставляет чипы OCI различным внутренним и внешним клиентам. Последовательность и сроки реализации этих программ расширения будут определяться конкретными приложениями клиентов и требованиями к продуктам.

1. Электричество заменено кремниевым светом ≈ велосипед превращается в мотоцикл

По мере ускорения развития генеративного искусственного интеллекта большие модели требуют высокой плотности вычислений, большого объема памяти и пропускной способности, и их сложно развернуть на одном серверном узле, поэтому требуются межстоечные соединения. Большие вычислительные кластеры означают большие расстояния передачи и более высокие требования к пропускной способности ввода-вывода.

Сун Цзицян сказал, что приложения искусственного интеллекта вышли на новый уровень с точки зрения соотношения хранения и вычислений, и часто требуется доступ к памяти. Поэтому каналы памяти и задержки будут влиять на то, как предоставлять крупномасштабные сервисы приложений в будущем. Это требует изучения некоторых новых методов,Увеличивая вычислительную мощность и плотность хранения, он снижает энергопотребление и уменьшает размер, тем самым помещая больше вычислений и хранилищ (чипов) в ограниченное пространство.。

Раньше при электрическом вводе-выводе для соединения между чипами использовались медные провода. Скорость медного провода достаточно высока, а энергопотребление низкое, но эффективное расстояние передачи очень ограничено и составляет всего лишь короткое.Около 1 метра。

Если вы построите кластер во всем дата-центре, вы также столкнетесь с проблемами большой площади кластера, длинных кабелей и высокого энергопотребления при передаче на большие расстояния, что затрудняет достижение как высокой вычислительной мощности, так и энергосбережения. В центре обработки данных размещено множество серверных узлов, и существует верхний предел подаваемой мощности. Помимо микросхем, в стойке также есть устройства ввода-вывода и другие места, потребляющие мощность. потребление, выделяемое на каждый чип, очень ограничено.

По словам Сун Цзицяна, за последние 20–30 лет операции ввода-вывода во всей компьютерной отрасли требовали все больше и больше энергии. Если использовать современные технологии и использовать нынешние масштабы для роста, они съедят всю подаваемую энергию. В результате не хватает электроэнергии для выполнения операций чтения и записи в вычислительных микросхемах и устройствах хранения данных.Необходимо использовать новые технические решения для подавления мощности, используемой в части ввода-вывода.。

Intel сравнивает традиционный электрический ввод-вывод с конной повозкой с ограниченной скоростью передачи и расстоянием;В пределах 100 метровДля достижения более высокой плотности и более гибкой передачи данных метод кремниевой фотонной интеграции подобен легкому мотоциклу, который является быстрым, гибким, эффективным и энергосберегающим;Более 100 метровДля передачи на большие расстояния использование подключаемого оптического трансивера похоже на замену автомобиля с большей емкостью и достаточно высокой скоростью.

Оптический ввод-вывод и подключаемые оптические трансиверыКремниевое фотонное межсоединениеРешение имеет преимущество низкого энергопотребления и подходит для передачи на большие расстояния.

Подключаемый оптический трансиверРешение является относительно зрелым и может быть напрямую подключено к интерфейсу электронных интегральных схем (EIC), что может увеличить дальность передачи. Однако оно больше по размеру и обычно требует высокоскоростного сериализатора и десериализатора (SerDes) или цифровой обработки сигналов. (DSP) поэтому функциональность ограничена. Потребление выше, плотность полосы пропускания ниже, а задержка больше.

И с помощьюИнтеграция кремниевой фотоникиТехнология оптического ввода-вывода позволяет достичь пропускной способности в несколько Тбит/с при низком энергопотреблении, высокой плотности полосы пропускания, низкой задержке и увеличенном расстоянии передачи для удовлетворения потребностей расширения ИИ.

Частицы ядра OCI(или любое другое оптическое решение ввода-вывода), соединенное с ЦП, графическим процессором или SoC, может оптимизировать и улучшить плотность полосы пропускания ввода-вывода, общую энергоэффективность, задержку и стоимость, а также за счет новых архитектур, поддерживающих дезагрегацию ресурсов, таких как HBM. или объединение памяти CXL) для достижения более эффективного использования ресурсов.

В будущем Intel будет предлагать различные решения для разных расстояний передачи, включая оптоэлектронную упаковку OCI и подключаемые решения.

два,Совместно упакованный с ЦП,Как чип Intel OCI обеспечивает энергоэффективность?

Кристалл Intel OCI представляет собой законченное оптическое устройство ввода-вывода физического уровня, включающее кремниевую фотонную интегральную схему (PIC) со встроенными в кристалл лазерами с плотным мультиплексированием по длине волны и полупроводниковыми оптическими усилителями, а также EIC для управления PIC и подключения к хосту. .

Функция EIC ближе к тому, как используются конкретные сигналы и какие части к ним подключены. Это станет уровнем преобразования и адаптации в протоколе. PIC больше ориентирован на решение проблемы стабильной передачи света, модернизации и отправки сигналов, а также на устойчивое развитие, например, на то, как обеспечить хорошее преобразование между диэлектрическими и оптическими средами.

EIC использует стандартные технологические узлы CMOS, а PIC использует процесс производства кремниевой фотоники Intel на основе кремниевых пластин диаметром 300 мм. Обычно EIC использует относительно продвинутый процесс, близкий к основному поддерживаемому чипу или согласованный с ним, тогда как PIC использует более зрелый процесс.

Поскольку подключаемого метода не существует, такие вычислительные компоненты сами по себе имеют меньшую мощность. Увеличивая пропускную способность и расстояние передачи, они могут эффективно улучшить интеграцию кремниевых оптических межсоединений, тем самым улучшая производительность и энергопотребление, а также помогая увеличить плотность кластера.

Полностью интегрированный чип Intel OCI обеспечивает скорость двунаправленной передачи данных до4Тбит/си совместим сPCIe 5-го поколения, односторонняя поддержка64 линии по 32 Гбит/с.(Сун Цзицян сказал, что в нынешних центрах обработки данных этого достаточно), с дальностью передачи до100 метров(Из-за задержек передачи расстояние в реальных приложениях может быть ограничено десятками метров).

Он использует 8 пар оптических волокон, каждая из которых имеет 8 длин волн плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM), а потребляемая мощность составляет всего5 пДж на бит(пикоджоули), потребляемая мощность только подключаемого модуля оптического приемопередатчика1/3。

По словам Сун Цзицяна, Intel уверена, что за счет различных улучшений в дизайне устройств и упаковки, производственных процессах и расширении пропускной способности она снизит энергоэффективность до 10% в последующих поколениях продуктов.3,5 ПДж на битследующее.

На конференции по оптоволоконной связи 2024 года компания Intel провела живую демонстрацию оптической связи, демонстрируя соединение передатчика и приемника между двумя платформами ЦП центров обработки данных через одномодовые оптоволоконные перемычки (SMF).

ЦП генерирует и измеряет частоту ошибок по битам. Два ЦП центра обработки данных отправляют и принимают данные друг другу. Ядро OCI и ЦП объединены вместе. Ядро OCI преобразует все электрические сигналы ввода-вывода от ЦП в световые сигналы, передаваемые по оптическим волокнам в двух центрах обработки данных. туда и обратно между узлами или системами.

Как показано на рисунке, в хостах системы с обеих сторон имеются электрические сигналы, которые преобразуются в свет с помощью микросхем фотоэлектрического преобразования. Передатчик имеет общий спектр 1,6 ТГц, включая 8 длин волн, расположенных на частоте 200 ГГц по одному волокну, а глазковая диаграмма передатчика со скоростью 32 Гбит/с указывает на высокое качество сигнала.

Цветная часть — это свет, а разные цвета представляют свет разной длины волны с достаточными интервалами по частоте, чтобы они не мешали друг другу во время модуляции и демодуляции. Эти лучи можно объединить вместе и передать по одному оптическому волокну, то есть несколько диапазонов можно «мультиплексировать» на одном оптическом волокне, что является тем же самым, что и мультиплексирование с частотным разделением каналов в области беспроводной связи.

Поскольку полоса пропускания света очень велика, вы можете выбрать относительно стабильную полосу пропускания и разделить ее на множество различных волновых диапазонов, которые кажутся человеческому глазу светом разных цветов. Фактически это полосы разных частот, и передаваемый сигнал может быть стабильно модулирован на каждой полосе. После фотоэлектрической модуляции сигнал передается по оптическому волокну.

Сун Цзицян поделился планами развития производительности чипов Intel OCI. Существует три основных направления развития технологии:Число длин световых волн, скорость передачи оптических волокон и количество оптических волокон.

Оптическое волокно можно разделить на разные диапазоны передачи. В настоящее время стабильную передачу могут обеспечить 8 диапазонов. Скорость передачи данных для каждого диапазона составляет 32 Гбит/с. Количество пар оптических волокон, которые можно объединить одновременно. не затрагивая друг друга - это 8. верно. Умноженная на три, скорость передачи данных в одну сторону достигает 2 Тбит/с, а скорость двусторонней — 4 Тбит/с.

В будущем, если 8-диапазонный диапазон останется неизменным, а скорость передачи данных по оптоволокну увеличится до 64 Гбит/с, скорость односторонней передачи данных удвоится до 4 Тбит/с. Позже, если он станет 16-полосным, скорость передачи увеличится. увеличена до 8 Тбит/с. В будущем он может продолжать развиваться и постепенно увеличивать пропускную способность.

3. В будущем он также может быть интегрирован с графическим процессором, несколькимиДемонтаж дифференциальных преимуществ

По сравнению с отдельными и подключаемыми решениями,Когда чип OCI и процессор соединены вместе, управление температурным режимом необходимо рассматривать как единое целое, а плотность передачи сигнала и частоту передачи необходимо обеспечивать на уровне упаковки. . Текущая технология Intel уже способна удовлетворить эти потребности.

В будущем чипы OCI можно будет использовать для реализации связи, а также интегрировать с вычислительными чипами, такими как ЦП, графический процессор и IPU.Благодаря интеграции кремниевой фотоники и передовой технологии упаковки Intel может получить чипы ввода-вывода с более высокой плотностью, а затем объединить их с другими процессорами xPU для формирования множества различных типов вычислительных и межсетевых чипов на основе этих чипов в будущем с многообещающими перспективами применения.

Сун Цзицян далее пояснил, что проблема последующей интеграции с другими типами чипов находится не на техническом уровне, а на уровне реализации, на что необходимо обратить внимание:плотность полосы пропускания Например, когда расстояние между фотоэлектрическими интерфейсами ограничено, как разместить эти интерфейсы фотоэлектрического преобразования? Достаточно ли достижимой плотности полосы пропускания в пределах определенного диапазона размеров?

По его словам, чтобы сделать чип OCI более гибким и снизить рабочую нагрузку в процессе интеграции,Обычно рассматривается возможность использования электрического интерфейса между xPU хоста и вводом-выводом, который был стандартизирован с помощью надежной экосистемы IP, например UCIe, PCIe, Ethernet и т. д.。

Он также рассказал о отличительных преимуществах решения Intel.

Во-первых, Intel может массово производить высокоинтегрированные лазеры на уровне пластин с более высокой производительностью и надежностью и меньшей общей стоимостью. Только после трансформации теории в высокопроизводительное производство можно сформировать возможности индустриализации.

Существующие внешние лазерные решения требуют использования специализированных оптических волокон, которые являются дорогостоящими и не имеют масштабного внедрения.Преимущество встроенных лазеров заключается в том, что их можно передавать по обычным оптическим волокнам. Поскольку внешний источник света не требуется, нет необходимости в волокнах, поддерживающих поляризацию.(PMF, специальное оптическое волокно, необходимое для подключения внешних источников света к пассивным кремниевым фотонным интегральным схемам).

При изготовлении лазерного передатчика сравнительно просто сделать отдельное устройство. Существует технический порог для изготовления лазера на пластине. Различные типы полупроводников должны быть хорошо связаны на уровне пластины, а затем схема управления может быть сформирована в процессе производства полупроводников. Оптические устройства, включая источники света, модуляторы, усилители, оптические волноводы, детекторы и т. д., должны быть реализованы на уровне пластины.

Во-вторых, Intel располагает массовыми проверенными платформами и устройствами с лучшей в отрасли надежностью.

Чипы Intel OCI построены на собственной проверенной платформе интеграции кремниевой фотоники, которая с 2015 года обеспечивает более 100% приложений для подключения в гипермасштабных центрах обработки данных.8 миллионовОптические приемопередатчики (в том числе более8 миллионовИнтегральные схемы кремниевой фотоники и не только32 миллионаВстроенный лазер), используемый для приложений, требующих скорости передачи до 100 Гбит/с, 200 Гбит/с и 400 Гбит/с.

Его надежность была проверена на миллионах устройств, и данные показывают, что частота отказов лазера по времени (FIT) составляет менее0.1, что эквивалентно утверждению, что сбой может произойти только один раз каждые 10 миллиардов часов.

Кроме того, размещение фотонных и КМОП-схем на двух отдельных микросхемах (кремниевая фотонная интегральная схема и электронная интегральная схема) обеспечивает масштабируемость и оптимизацию производительности., без компромиссов и компромиссов, необходимых для объединения двух совершенно разных технологий на одном чипе.

Накопление передовых корпусов, систем и платформ Intel также позволяет ей оптимизировать решения оптического ввода-вывода.Intel инвестирует в исследования и разработку новых узлов процесса производства кремниевой фотоники, чтобы добиться значительного улучшения производительности устройств, более высокой плотности, лучшей связи и большей экономической выгоды. Компания также продолжит улучшать производительность и стоимость встроенных лазеров и оптических приемопередатчиков. . и надежность.

Заключение: переход от технологического прототипа к коммерциализированному решению.

В области кремниевой фотоники Научно-исследовательский институт Intel уже более 25 лет активно занимается кремниевой фотоникой и является пионером и лидером в области интеграции кремниевой фотоники. Intel является первой в отрасли компанией, которая занимается разработкой и поставкой кремниевых фотонных устройств связи крупным поставщикам облачных услуг, а также работает с клиентами над преобразованием прототипов чипов OCI в масштабируемые коммерческие решения.

Что касается стоимости, Intel полагает, что со временем и по мере увеличения объемов общая стоимость соединения на бит для оптического ввода-вывода станет сопоставимой с электрическим вводом-выводом на системном уровне. Более высокая производительность оптического ввода-вывода также помогает повысить производительность на уровне системы.

Для достижения этой цели Intel в настоящее время разрабатывает узел производства кремниевой фотоники второго поколения, который, как ожидается, уменьшит площадь кристалла более чем на 40% и энергопотребление более чем на 15%, тем самым улучшая экономические преимущества и повышая эффективность оптической связи. мощность лазера и т. д. прогрессируют.