A Intel demonstra o primeiro chiplet de E/S óptico totalmente integrado

Espera-se que o chiplet de interconexão de computação óptica da Intel revolucione o processamento de dados de alta velocidade para a infraestrutura de IA.

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  • 26 de junho de 2024

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Quais as novas: A Intel Corporation alcançou um marco revolucionário na tecnologia fotônica integrada para transmissão de dados em alta velocidade. Na Conferência de Comunicação de Fibra Óptica (OFC) 2024, o grupo de soluções de fotônica integrada (IPS) da Intel demonstrou o chiplet de interconexão de computação óptico (OCI) mais avançado e totalmente integrado do setor em conjunto com uma CPU Intel e executando dados ao vivo. O chiplet de OCI da Intel representa um avanço na interconexão com alta largura de banda ao permitir entrada/saída óptica em conjunto (E/S) em infraestruturas de IA emergentes para data centers e aplicações de computação de alto desempenho (HPC).

"O movimento cada vez maior de dados do servidor para o servidor está restringindo as capacidades da infraestrutura do data center atual e as soluções atuais estão se aproximando rapidamente dos limites práticos de desempenho de E/S elétrica" No entanto, a conquista revolucionária da Intel capacita os clientes a integrar perfeitamente soluções de interconexão de fotônica de silício em conjunto em sistemas de computação de última geração. Nosso chiplet OCI aumenta a largura de banda, reduz o consumo de energia e aumenta o alcance, permitindo a aceleração de cargas de trabalho de ML que promete revolucionar a infraestrutura de IA de alto desempenho"

– Thomas Liljeberg, diretor sênior, Gerenciamento de produtos e estratégia, grupo de soluções fotônicas integradas (IPS)

O que ele faz: Este primeiro chiplet OCI foi projetado para suportar 64 canais de transmissão de dados de 32 gigabits por segundo (Gbps) em cada direção, em até 100 metros de fibra óptica, e deve atender às crescentes demandas da infraestrutura de IA por maior largura de banda, menor consumo de energia e maior alcance. Ela permite a escalabilidade futura da conectividade de cluster de CPU/GPU e novas arquiteturas de computação, incluindo expansão de memória coerente e desagregação de recursos.

Por que importa: Aplicações baseadas em IA estão cada vez mais implantadas globalmente, e desenvolvimentos recentes em grandes modelos de linguagem (LLM) e IA gerativa estão acelerando essa tendência. Os modelos de aprendizado de máquina (ML) maiores e mais eficientes desempenharão um papel fundamental para atender aos requisitos emergentes das cargas de trabalho de aceleração de IA. A necessidade de escalar futuras plataformas de computação para IA está impulsionando o crescimento exponencial na largura de banda de E/S e maior alcance para suportar clusters e arquiteturas de unidades de processamento maiores (CPU/GPU/IPU) com utilização de recursos mais eficiente, como desagregação de xPU e pool de memória.

A E/S elétrica (por exemplo, conectividade de circuito de cobre) suporta alta densidade de largura de banda e baixo consumo de energia, mas oferece apenas curtos alcances de cerca de um metro ou menos. Os módulos de transceptor óptico conectáveis usados em data centers e em clusters de IA inicial podem aumentar o alcance nos níveis de custo e energia que não são sustentáveis com os requisitos de escalonamento das cargas de trabalho de IA. Uma solução de E/S óptica xPU em conjunto pode suportar maior largura de banda com eficiência de energia aprimorada, baixa latência e maior alcance — exatamente o que o escalonamento da infraestrutura de IA/ML exige.

Como analogia, substituir E/S elétrica por E/S óptica em CPUs e GPUs para transferir dados é como usar carruagens de cavalos para distribuir mercadorias, limitadas em capacidade e alcance, até o uso de carros e caminhões que podem fornecer quantidades muito maiores de mercadorias por longas distâncias. Esse nível de desempenho e custo energético aprimorados é o que soluções de E/S ópticas como os chiplets OCI da Intel emergentes trazem para o escalonamento de IA.

Como funciona: O chiplet OCI totalmente integrado aproveita a tecnologia de fotônica de silício comprovada em campo da Intel e integra um circuito integrado de fotônica de silício (PIC), que inclui lasers em chip e amplificadores ópticos, com um IC elétrico. O chiplet de OCI demonstrado na OFC foi em conjunto com uma CPU Intel, mas também pode ser integrado com CPUs, GPUs, IPUs e outros system-on-chips (SoCs) de última geração.

Esta primeira implementação de OCI suporta transferência de dados bidirecional de até 4 terabits por segundo (Tbps), compatível com a interconexão de componentes periféricos express (PCIe) Gen5. A demonstração de link óptico ao vivo mostra uma conexão de transmissor (Tx) e receptor (Rx) entre duas plataformas de CPU através de um cabo de patch de fibra de modo único (SMF). As CPUs geraram e mediram a taxa de erro de bit óptico (BER) e a demonstração mostra o espectro óptico Tx com 8 comprimentos de onda a 200 gigahertz (GHz) de espaçamento em uma única fibra, juntamente com um diagrama de olho Tx de 32 Gbps com ilustração da forte qualidade de sinal.

O chiplet atual suporta 64 canais de dados de 32 Gbps em cada sentido até 100 metros (embora as aplicações práticas possam ser limitadas a dezenas de metros devido à latência de tempo de voo), utilizando oito pares de fibra, cada um carregando oito multiplexados de multiplexação de comprimento de onda densos (DWDM). A solução em conjunto também é notavelmente eficiente em termos energéticos, consumindo apenas 5 pico-Joules (pJ) por bit em comparação com módulos de transceptor óptico conectáveis com cerca de 15 pJ/bit. Esse nível de hipereficiência é fundamental para data centers e ambientes de computação de alto desempenho e pode ajudar a atender aos requisitos de energia insustentáveis da IA.

Sobre a liderança da Intel em fotônica em silício: Como líder no mercado em fotônica de silício, a Intel aproveita mais de 25 anos de pesquisa interna da Intel Labs, pioneira na fotônica integrada. A Intel foi a primeira empresa a desenvolver e enviar produtos de conectividade baseados em fotônica de silício com confiabilidade líder do setor em alto volume para os principais provedores de serviços em nuvem.

O principal diferencial da Intel é uma integração incomparável usando a tecnologia híbrida laser-on-wafer e a integração direta, que gera maior confiabilidade e menores custos. Esta abordagem exclusiva permite que a Intel ofereça desempenho superior enquanto mantém a eficiência. A robusta plataforma de alto volume da Intel possui envio de mais de 8 milhões de PICs com mais de 32 milhões de lasers integrados no chip, mostrando uma taxa de falhas a laser no tempo (FIT) de menos de 0,1, uma medida amplamente utilizada de confiabilidade que representa taxas de falha e quantas falhas ocorrem.

Esses PICs foram embalados em módulos de transceptor conectáveis, implantados em grandes redes de data center nos principais provedores de serviço em nuvem de hiperescala para aplicações de 100, 200 e 400 Gbps. A próxima geração, os PICs de 200 G/via para suportar aplicações emergentes de 800 Gbps e 1,6 Tbps estão em desenvolvimento.

A Intel também está implementando um novo nó de processo de fabricação de fotônica de silício com desempenho de dispositivo de última geração, maior densidade, melhor acoplamento e economia amplamente aprimorada. A Intel continua a fazer avanços no desempenho, custo (redução superior a 40% da área da matriz) e potência (redução superior a 15%) do laser no chip e do amplificador óptico semicondutor (SOA).

O que vem a seguir: O chiplet OCI atual da Intel é um protótipo. A Intel está trabalhando com clientes selecionados para coempacotar o OCI com seus SOCs como uma solução de E/S óptica.

O chiplet OCI da Intel representa um avanço na transmissão de dados de alta velocidade. À medida que o cenário da infraestrutura de IA evolui, a Intel permanece na vanguarda, impulsionando a inovação e moldando o futuro da conectividade.

Mais contexto: Intel Silicon Photonics (Intel.com)

Nota do Editor: Em 27 de junho de 2024, um acrônimo que fazia referência incorreta a “estado da arte” foi removido e corrigido nesta história.