סיקור מקיף

פוטוניקת הסיליקון מתקרבת למעבדים

כך עולה מדיווח של מעבדות אינטל. איתמר לוין, בכיר באינטל האחראי על הפיתוח אומר כי שילוב משדרי לייזר בשבבים רגילים יחסוך אנרגיה וישפר את ביצועי המעבדים, בעיקר ביישומים כגון בינה מלאכותית

שמונה מאפננים, מיקרו-טבעות ומוביל גל אופטי. צילום יחצ, אינטל
שמונה מאפננים, מיקרו-טבעות ומוביל גל אופטי. צילום יחצ, אינטל

 Intel Labs מכריזה לאחרונה (27/6/2022) על התקדמות משמעותית במחקר הפוטוניקה המשולב שלה – סיליקון פוטוניקס, הנתפס כחזית הבאה בהגדלת רוחב הפס התקשורתי בין סיליקון מחשוב במרכזי נתונים וברשתות שונות.

הזירה של העברת נתונים בתוך מרכזי הנתונים במהירויות גבוהות היא תחרותית. אנבידיה מגבירה כל העת את עוצמת ה-GPU שלה ואת החיבוריות – את NVLink and NVSwitch וכן את טכנולוגית DIRECT שבה החלה לשלב גם תקשורת אופטית.

הפיתוח של אינטל שנחשף היום ואשר הוא עדיין בשלב מעבדתי לוקח כיוון מעט שונה – שילוב סיליקון פוטוניקס עד לרמת השבב  תוך אפשרות לייצרו על שבבים רגילים במקום בטכנולוגיות חיצוניות ושילוב במוצר הסופי. המחקר האחרון כולל את ההתקדמות בתעשייה באופטיקה משולבת באורכי גלים מרובים.  פריצת דרך זו תאפשר למקור האופטי את הביצועים הנדרשים עבור יישומים עתידיים בנפח גבוה, כגון אופטיקה ארוזה במשותף עבור  עומסי עבודה מתפתחים עתירי רשת, כולל AI ולמידת מכונה (ML) ותסלול את הדרך לייצור בנפח גבוה ולפריסה רחבה.

איתמר לוין, Intel Fellow  בקבוצת תכנון ופיתוח שבבים מסביר כי המחקר האחרון כולל את ההתקדמות באופטיקה משולבת באורכי גלים מרובים.  פריצת דרך זו תאפשר למקור האופטי את הביצועים הנדרשים עבור יישומים עתידיים בנפח גבוה, כגון אופטיקה ארוזה במשותף עבור  עומסי עבודה מתפתחים עתירי רשת, כולל AI ולמידת מכונה (ML) ותסלול את הדרך לייצור בנפח גבוה ולפריסה רחבה.

חיבורים אופטיים החלו להחליף חוטי נחושת עוד בשנות ה-80 בשל רוחב הפס הגבוה המובנה של העברת אור בסיבים אופטיים במקום דחפים חשמליים המועברים דרך חוטי מתכת. מאז, הטכנולוגיה הפכה ליעילה יותר עם צמצום גודל הרכיבים ועלותם, מה שהוביל לפריצות דרך בשנים האחרונות בשימוש בחיבורים אופטיים לפתרונות רשת, בדרך כלל במתגים, מרכזי נתונים וסביבות מחשוב אחרות בעלות ביצועים גבוהים. עם זאת, בשל הצורך להחזיק מקור אור חיצוני גדול, המהפכה לא הגיעה בינתיים עד לרמת השבבים הבודדים והאותות שמגיעים ממרחקים עצומים בסיב אופטי נהפכים לאלקטרונים, תוך כדי הורדה דרסטית של המהירות ועליה גדולה של צריכת האנרגיה.

"סיליקון פוטוניקס היא אחת הטכנולוגיות המעניינות שיש בשוק בכל הקשור להעברת דאטה בענן ובמחשבי על. אנבידיה, אינטל ושחקניות גדולות אחרות מתחרות עליו. כולם רוצים למצוא את הפתרון הטכנולוגי שיביא לכך שהמהירות בה עוברים הנתונים תהיה במהירות האור, והאמצעי שבו מועבר המידע על גבי סיבים אופטיים הבנויים בעיקר מזכוכית בהרכבים שונים ובמבנה המאפשר את העברת האור בתוך הסיב עם איבוד מידע מינימאלי."

לדברי לוין, "אם מנסים להסתכל על התמונה הגדולה עולם התקשורת בדטה סנטרים  מתחלק לשתי הטכנולוגיות – באיזורים הנמוכים של הדטה סנטר קרוב למעבדים, לזכרון ולמאיצי ה-AI התקשורת היא בכבלים חשמליים בקצבים של עד 224 גיגהביט לשניה וכשהולכים ועולים לשכבות גבוהות יותר בדטה סנטר התקשורת הופכת ליותר ויותר אופטית.

אם נתבונן בדטה סנטר טיפוסי, יש את מסדי השרתים בתוך המסד נמצאות מגירות שבהן יש את השרתים שמחוברים אחד לשני ולמתג שבראש המסד בתקשורת אלקטרונית מבוססת אתרנט. אותו מתג שיושב בראש המסד מחובר למתגים דומים במסדים אחרים לשדרה בתקשורת אופטית וכל שדרה מחוברת להיררכיה של האולם גם היא תקשורת אופטית.

מדוע לא חילחלה האופטיקה למטה לתוך השרתים עצמם?

יש לכך שלוש סיבות, הראשונה היא עלות. העלות נובעת מהסיבה השניה – רוב מוצרי התקשורת האופטית שקיימים היום בדטה סנטר הם מוצרים מורכבים לא מייצרים אותם בטכנולוגית פיתוח CMOS על פיסת סיליקון אחד אלא רואים הנרבה סיבים, לייזרים נפרדים והמון אלקטרוניקה. מוצר מורכב, גם התשתיות של הסיבים היו תשתיות יחסית יקרות וככל שאתה יורד לעומקו של הדטה סנטר ומתקרב למעבדים צריך הרבה קישורים. בשכבה הנמוכה זה יכול להגיע למיליוני קישורים פיזיים. הקשיים האלה עיכבו את ההתקרבות של תקשורת בעלת רוחב סרט גבוה יותר אל המעבדים.

הסיבה השלישית היא שהמבנה הזה גרם לצוואר בקבוק שמפריע להמשך גדילת הדטה סנטרים והקיבולת שלהם.  כך למשל היא לא מתאימה ליישומי AI שבהם רוצים ליצור מקבצים של מעבדים (קלאסטרים) שפועלים ביחד וחולקים זכרון משותף – פה נדרשת העברה של המון נתונים בין המעבדים לבין עצמם ובינן לבין הזכרון.

רשת האתרנט הוקמה לשימושים של תקשורת, אך היום היא הופכת להיות מרכיבי אינטגרלי בתהליך העיבוד של צבירי מעבדים. זה שימוש חדש. זיהוי צוואר הבקבוק הזה מאלץ את אינטל ויצרניות החומרה והארכיטטורה של הדטה סנטר לחשוב מחדש על פתרונות נטוורקינג.

וכמובן יש את נושא ההספק. מדור לדור מרכזי הנתונים נדרשים ליותר הספק לדחיפת הנתונים משרת לשרת. לפי תחזיות האנליסטים יישום זה יגיע ל-20-30% מצריכת הדטה סנטר כולו בתוך חמש שנים וצריך גם לפזר את החום.

צריך להשקיע יותר בDSP כדי לפתור את בעיית התקשורת והערוץ נעשה קצר יותר כי מתקרבים למגבלות הפיזיקליות של חוטי נחושת. גם הכבלים הופכים למגבלה –משקל הנחושת וכו'. ובדטה סנטר יכולים להיות עשרות אלפי מסדים כאלה.

הסיליקון פוטוניקס יפתור את כל הבעיות הללו. סיליקון פוטוניקס היא טכנולוגית ייצור של מערכות תקשורת אופטיות באמצעים של תכנון שבבים וייצור שבבים. ההבטחה הגדולה היא שנוכל לייצר מערכות תקשורת אופטית בפאב מאוד דומה לזה שמייצרים שבבי CMOS והדבר מאפשר לייצר במסות אדירות ומאפשרת לנו לרדת בעלויות."

"בנוסף תתאפשר רמה אחרת של אינטגרציה. אם קודם היית צריך לקחת רכיבים אופטיים, עדשות וכו' ולחבר לשבבים רמת האינטגרציה היתה מוגבלת. כשעוברים לסיליקון פוטוניקס החסם הוסר, אפשר לקחת את המקלט והמשדר האופטי ולשבץ כצ'יפלט ליד הCPU- ובעתיד אפילו לייצר את זה באותה פיסת סיליקון של המעבד. הטכנולוגיה פועלת בהספק נמוך ביותר והאינטגרציה הזו מאפשרת לנו להוריד את ההשהיה הקיימת בדטה סנטרים. נוכל לעבוד בקצבים של פי מאה ואף פי אלף לעומת המצב היום." מסביר לוין.

עוד בנושא באתר הידען:

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן