Сможет ли оптика заменить медные межсоединения? Мы спросили Ayar Labs • The Register

Научная фантастика полна фантастических представлений о компьютерах. Одной из наиболее распространенных является идея о том, что однажды компьютеры будут работать на свету. В конце концов, что быстрее скорости света?

Но оказывается, что светящиеся печатные платы «Звездного пути» могут быть ближе к реальности, чем вы думаете, рассказал The Register технический директор Ayar Labs Марк Уэйд. Хотя волоконно-оптическая связь существует уже полвека, мы лишь недавно начали применять эту технологию на уровне плат. Несмотря на это, Уэйд ожидает, что в течение следующего десятилетия оптические волноводы начнут вытеснять медные дорожки на печатных платах по мере роста поставок оптических продуктов ввода-вывода.

Движущей силой этого перехода является ряд факторов и новых технологий, которые требуют все более высокой пропускной способности на больших расстояниях без ущерба для задержек или мощности.

Если это звучит знакомо, это те же самые проблемы, которые заставили таких телекоммуникационных гигантов, как Bell, заменить тысячи миль медных телефонных кабелей оптоволоконными в 1970-х годах.

Как правило, чем выше полоса пропускания, тем меньшее расстояние она может преодолеть без помощи усилителей или ретрансляторов, позволяющих расширить зону действия за счет задержки. И это вряд ли уникально для телекоммуникационных сетей.

Те же законы физики применимы и к технологиям межсоединения, таким как PCIe. Поскольку эффективная полоса пропускания удваивается с каждым последующим поколением, физическое расстояние, которое может пройти сигнал, сокращается.

«Во многих случаях большие расстояния теперь определяются как нечто большее, чем несколько метров», — сказал Уэйд. «Поскольку пропускная способность PCIe становится все выше и выше, вы больше не можете покинуть серверную плату, не установив на нее таймер повторного таймера», чтобы усилить сигнал.

«Даже если вы сможете обеспечить пропускную способность из точки А в точку Б, вопрос в том, какая мощность и какая задержка», — добавляет он.

Это именно та проблема, которую пытается решить Ayar Labs. Стартап в области кремниевой фотоники разработал чиплет, который принимает электрические сигналы от чипов и преобразует их в оптический сигнал с высокой пропускной способностью.

А поскольку в технологии используется архитектура чиплетов, ее предполагается упаковывать вместе с вычислительными модулями других производителей микросхем, использующих открытые стандарты, такие как Universal Chiplet Interconnect Express (UCI-express), который в настоящее время находится в разработке.

Базовая технология помогла компании привлечь почти 200 миллионов долларов от таких технологических гигантов, как Intel и Nvidia, и заключить несколько громких партнерских отношений, в том числе одно по внедрению возможностей оптического ввода-вывода в высокопроизводительную межсетевую структуру Slingshot от Hewlett Packard Enterprise.

Хотя Уэйд твердо уверен, что оптическая связь на уровне системы неизбежна, он отмечает, что в ближайшем будущем оптические соединения найдут несколько применений. К ним относятся высокопроизводительные вычисления и компонуемая инфраструктура.

«Мы утверждаем, что проблема электрического ввода-вывода станет настолько серьезной, что вычислительные приложения начнут ограничиваться из-за их способности изменять полосу пропускания», — сказал он. «Для нас это масштабирование искусственного интеллекта и машинного обучения».

Эти среды высокопроизводительных вычислений часто требуют специализированных технологий межсоединения, чтобы избежать узких мест. NVLink от Nvidia — один из примеров. Он обеспечивает высокоскоростную связь между четырьмя графическими процессорами.

Еще одна область возможностей для оптического ввода-вывода, по словам Уэйда, — это компонуемая инфраструктура на уровне стойки, обещанная последними спецификациями Compute Express Link (CXL).

CXL определяет общий, когерентный к кэшу интерфейс на основе PCIe для соединения процессоров, памяти, ускорителей и других периферийных устройств.

Спецификации CXL 1.0 и CXL 2.0 обещают разблокировать различные функции пула памяти и многоуровневой памяти. Однако третья версия открытого стандарта, которая, как ожидается, будет ратифицирована позднее в этом году, расширит эти возможности за пределы уровня стойки.

По словам Уэйда, именно на этом этапе разработки CXL преимущества оптической оптики проявятся в полной мере.