芯間通信提速80倍!IBM實(shí)現(xiàn)下一代高速光互聯(lián)技術(shù)

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)中心和人工智能(AI)的發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度和效率提出了更高的要求。IBM近期宣布的一項(xiàng)重大光學(xué)技術(shù)突破，有望徹底改變這一現(xiàn)狀。這項(xiàng)技術(shù)被稱為共封裝光學(xué)(CPO)技術(shù)，它能夠?qū)⑿鹃g通信速度提升80倍，為數(shù)據(jù)中心和AI應(yīng)用帶來(lái)革命性的改變。

1. 技術(shù)突破的核心：共封裝光學(xué)(CPO)

IBM的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種全新的CPO工藝，這種技術(shù)通過(guò)光速在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部實(shí)現(xiàn)連接，與現(xiàn)有的短距離電線形成互補(bǔ)。這一成果展示了CPO如何重新定義計(jì)算行業(yè)在芯片、電路板及服務(wù)器間傳輸高帶寬數(shù)據(jù)的方式。

2. 聚合物光波導(dǎo)(PWG)系統(tǒng)的創(chuàng)新

為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，IBM的研究人員成功設(shè)計(jì)和組裝了首個(gè)公開宣布的聚合物光波導(dǎo)(PWG)系統(tǒng)。PWG技術(shù)使得芯片制造商能夠在硅光子芯片的邊緣添加更多的光纖，從而突破了當(dāng)前電通路的限制。

3. 能耗降低與效率提升

與傳統(tǒng)電氣互連相比，IBM的CPO技術(shù)能耗降低五倍以上，同時(shí)將數(shù)據(jù)中心互連電纜的長(zhǎng)度從1米延伸至數(shù)百米。這項(xiàng)創(chuàng)新將帶來(lái)以下變革：AI模型訓(xùn)練速度大幅提升，開發(fā)人員能夠以傳統(tǒng)電線五倍的速度訓(xùn)練大型語(yǔ)言模型(LLM)，訓(xùn)練時(shí)間從三個(gè)月縮短至三周。

4. 數(shù)據(jù)中心能源效率的顯著提高

數(shù)據(jù)中心能源效率顯著提高，每個(gè)AI模型所節(jié)省的能源相當(dāng)于5000個(gè)美國(guó)家庭一年的用電量。這一技術(shù)的應(yīng)用，不僅提升了數(shù)據(jù)中心通信的帶寬，還極大加速了AI處理過(guò)程。

5. 光互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用前景

IBM高級(jí)副總裁兼研究總監(jiān)Dario Gil表示：“隨著生成式AI對(duì)能量和處理能力的需求不斷增加，數(shù)據(jù)中心必須持續(xù)進(jìn)化，而CPO技術(shù)正是推動(dòng)數(shù)據(jù)中心迎接未來(lái)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵?！? 這一突破意味著未來(lái)的芯片將像光纖電纜一樣，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)外以光速傳輸數(shù)據(jù)，開啟一個(gè)更快、更可持續(xù)的通信新時(shí)代，足以應(yīng)對(duì)未來(lái)AI工作負(fù)載。

6. 光子芯片技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)

當(dāng)前，光子芯片正引發(fā)國(guó)內(nèi)外多個(gè)頂尖科研機(jī)構(gòu)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。例如，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了名為“太極”的光子芯片，其能量效率高于當(dāng)前的智能芯片數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，這種技術(shù)在大場(chǎng)景智能分析和大模型訓(xùn)練等領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的潛力。

IBM實(shí)現(xiàn)的下一代高速光互聯(lián)技術(shù)，即共封裝光學(xué)(CPO)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中解決了一系列具體的技術(shù)難題，主要包括：

1. **提高算力水平和利用效率**：

CPO技術(shù)通過(guò)將光學(xué)組件與電子芯片封裝在一起，顯著提升了數(shù)據(jù)傳輸的效率和速度。與傳統(tǒng)電傳輸方式相比，CPO技術(shù)在長(zhǎng)距離傳輸中大大減少了信號(hào)衰減，提高了傳輸質(zhì)量。

2. **提升帶寬密度**：

CPO技術(shù)能夠在相同的物理空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的帶寬密度，這對(duì)于數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算領(lǐng)域尤為重要。隨著AI和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的不斷增長(zhǎng)對(duì)高帶寬的需求日益迫切，CPO技術(shù)能夠有效滿足這一需求。

3. **降低功耗**：

相比傳統(tǒng)的電傳輸，光傳輸?shù)墓母?，這有助于降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境影響。特別是在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中，功耗的降低可以帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4. **簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)**：

CPO技術(shù)通過(guò)集成光學(xué)和電子組件，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的整體架構(gòu)，減少了互連復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。

5. **技術(shù)難度和信號(hào)完整性**：

CPO switch帶寬密度大，硅光引擎通道數(shù)量多，一個(gè)通道出問題可能影響交換機(jī)性能。GPU與CPO互聯(lián)對(duì)信號(hào)完整性要求高，兩者工程難度不相上下。

6. **可靠性問題**：

光模塊曾被認(rèn)為故障率高，但實(shí)際上GPU和HBM的故障率也不低。CPO可以通過(guò)測(cè)試篩選和老化改善前期可靠性問題，如LPO能減少端到端傳輸復(fù)雜性，降低故障概率。

7. **數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延**：

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延成為性能進(jìn)一步提升的瓶頸。CPO技術(shù)通過(guò)光速傳輸數(shù)據(jù)，有望解決這一問題，尤其是在面向HPC、分布式存儲(chǔ)、AI應(yīng)用等新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

8. **云網(wǎng)業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載**：

云網(wǎng)一體化架構(gòu)下，數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的邊界逐漸模糊，CPO技術(shù)支持端到端統(tǒng)一承載技術(shù)，這對(duì)于云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)尤為重要。

9. **技術(shù)成熟度和成本問題**：

CPO技術(shù)仍處于研發(fā)和測(cè)試階段，尚未完全成熟。初期研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，尤其是在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用前，高昂的成本可能限制其推廣速度。

10. **標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程**：

缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)影響不同廠商之間的兼容性，阻礙市場(chǎng)的健康發(fā)展。

11. **生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)**：

CPO技術(shù)的成功不僅依賴于單一廠商的努力，還需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同合作，從原材料供應(yīng)到制造、測(cè)試、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)，都需要建立完善的生態(tài)系統(tǒng)。

12. **市場(chǎng)接受度**：

新技術(shù)的推廣往往需要時(shí)間和市場(chǎng)教育。CPO技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)和用戶反饋將直接影響其市場(chǎng)接受度。

IBM的這一技術(shù)突破，不僅在理論上展示了芯間通信提速80倍的可能性，而且在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)CPO技術(shù)，為數(shù)據(jù)中心和AI應(yīng)用提供了更高效、更節(jié)能的解決方案。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和應(yīng)用，我們有望進(jìn)入一個(gè)更高速、更綠色的數(shù)據(jù)中心時(shí)代，這將為全球的信息技術(shù)發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。