Оптические каналы связи хорошо знакомы центрам обработки данных. Они передают данные между стойками с помощью подключаемых приемопередатчиков, которые преобразуют электрические сигналы в оптические. Компания Nvidia недавно объявила о выпуске сетевого коммутатора с использованием фотонных модуляторов, встроенных в ту же подложку, что и коммутатор. Целый ряд технологических стартапов также работают в этом направлении.
В прошлом месяце компания Ayar Labs анонсировала оптическое соединение между графическими процессорами, которое включает в себя стандартный электрический интерфейс UCIe с открытым исходным кодом. «Это первый подобный продукт в отрасли», — говорит Владимир Стоянович, технический директор и соучредитель. UCIe образует встроенную электрическую связь между графическим процессором и оптическим чипом TeraPhys. Чип передаёт копию цифрового сигнала в одномодовое оптическое волокно, обеспечивая связь на расстоянии до 2 км. «Один графический процессор, взаимодействующий с другим графическим процессором, даже не знает, что покидает корпус», — говорит Стоянович. Источник света SuperNova от Ayar Labs подает 16 длин волн на каждое волокно. Резонатор выполняет разделение и мультиплексирование длин волн для каждого из 8 входных и 8 выходных волоконных портов, обеспечивая 256 каналов передачи данных общей пропускной способностью 8 Тбит/с между графическими процессорами. Использование протокола UCIe позволяет создать полностью модульную конструкцию. «Любой производитель микросхем может установить это и получить оптический преобразователь», — объясняет разработчик.
Стартап LightMatter из Маунтин-Вью, Калифорния, анонсировал аналогичную технологию оптических связей между графическими процессорами: Passage L200. Она использует чипы от Alphawave Semi для реализации интерфейса UCIe, но вместо того, чтобы размещать их рядом, она накладывает их поверх оптической схемы, используя стандартные методы «чип на пластине». «Переход на 3D означает, что вы не пытаетесь направлять электрические сигналы по краям чипа», — говорит Стив Клингер, вице-президент Lightmatter. Компания продемонстрировала полностью интегрированную версию в Passage M1000, оптическом коммутаторе, состоящем из 8 таких блоков. Каждый сегмент расположен под графическим процессором или модулем памяти и крепится непосредственно сверху с помощью очень коротких соединений UCIe. Оптические сигналы передаются по волокнам, отходящим от коммутатора.
Компания Xscape Photonics, базирующаяся в Санта-Кларе, штат Калифорния, делает ещё один шаг вперёд, устраняя внешние источники света и встраивая лазеры с гребенчатой модуляцией частоты непосредственно в чип. «Мы можем объединить лазер и связь в одном устройстве», — говорит Бергман. В октябре прошлого года компания получила финансирование в размере 44 миллионов долларов для наращивания производства платформы ChromX— многоцветной платформы, которая максимально решает проблему «утечки полосы пропускания», возникающую при передаче данных с высокой пропускной способностью.
Прадип Синдху, соучредитель Juniper Networks и Fungible, ныне работающий в Microsoft, придерживается скептического взгляда. В кластерах, где требуются гибкие соединения «точка-точка» между большим количеством графических процессоров, важна детализация каждой переключаемой линии передачи данных. Одной толстой трубы между парами «точка-точка» будет недостаточно. Скорее, вам понадобится много труб меньшего размера, а слишком большая пропускная способность на одно волокно снижает гибкость. Например, для достижения амбициозной цели — подключения 512 графических процессоров, каждый из которых соединён с 64 коммутаторами каналами по 200 Гбит/с, — требуется более 30 000 подключений. «Если вы передаёте 16 длин волн по одному оптоволокну, как вы подключите такое количество графических процессоров к такому количеству коммутаторов?» — говорит Синдху. Один из вариантов — использовать меньшее количество более мощных коммутаторов, которые анализируют толстые кабели с помощью электроники, но это приводит к избыточности и единому отказоустойчивому узлу. Кроме того, многоволновые лазеры вызывают опасения по поводу стоимости, энергоэффективности и надёжности.
Другой подход позволяет обойти обе проблемы. Компания Avicena использует сотни синих микросветодиодов, подключенных через оптические волокна для передачи данных. Оптический чиплет Avicena имеет небольшой микросветодиодный дисплей и крошечную камеру с умопомрачительной частотой кадров, заявленной для модульной платформы LightBundle на основе скорости передачи данных 10 Гбит/с. Каждый дисплей из 300 микросветодиодов обеспечивает пропускную способность 3 Тб/с, но с высокой детализацией. Отказ от лазеров снижает риск снижения надёжности, стоимость и сложность, а также в пять раз повышает энергоэффективность.