Японская Mitsubishi Electric Corp. пытается справиться с нарастающим в мире спросом на оптические компоненты, используемые в ИИ ЦОД, передаёт Bloomberg. Компания контролирует почти половину мирового рынка устройств оптической передачи данных для ЦОД, выпуская высокоэффективные лазерные диоды, модуляторы и сборки, которые используются в трансиверах. При этом в выручке самой компании данное направление занимает очень небольшую долю.

В Bloomberg сообщают, что, например, в США, без преувеличения все гиперскейлеры так или иначе являются клиентами Mitsubishi Electric. По словам представителя компании, уже в следующем месяце Mitsubishi Electric сможет нарастить выпуск оптических компонентов на 50 % в сравнении с прошлым годом, но этого всё равно будет недостаточно, чтобы удовлетворить все получаемые запросы. Понадобится вдвое нарастить производство в сравнении с тем, на что оно будет способно в сентябре.

Высказывания официального представителя компании стали последним из признаков дефицита компонентов для ИИ-инфраструктур. По оценкам Mitsubishi Electric, спрос со стороны пятёрки первых ведущих провайдеров США «очень силён» и продолжает расти. Буквально на днях компания пообещала начать поставки образцов решения для сетей 800 Гбит/с и 1,6 Тбит/с.

Источник изображения: Mitsubishi Electric

На оптические компоненты приходится лишь малая часть бизнеса Mitsubishi Electric, выпускающей самую разную продукцию, от промышленных роботов до спутникового оборудования. Подразделение, занимающееся соответствующими полупроводниками и устройствами, принесло в прошлом финансовом году 4 % от выручки компании. В июне эксперты уже предупреждали о росте спроса на оптическое оборудование для дата-центров.

Системы оптического интерконнекта ждёт большое будущее — в этом уверено большинство крупных производителей микрочипов. Фотоника неизбежно проникнет и в такую консервативную область, как интерфейсы подключения дисковых накопителей. И в этом направлении сделаны первые практические шаги: на конференции FMS 2024 компания Kioxia показала в работе демонстрационную платформу SSD, оснащенную оптическим интерфейсом.

Источник здесь и далее: Kioxia via ServeTheHome

У нынешнего воплощения физических интерфейсов есть ряд неустранимых недостатков: это и ограниченность четырьмя линиями PCI Express, и определённые габаритные ограничения, и крайне малая длина кабелей, связанная в том числе с проблемами поддержания целостности сигнала, что особенно актуально для высокоскоростных версий PCIe, а также влиянием посторонних электромагнитных помех.

Решение Kioxia, разработанное в рамках «зелёной инициативы» NEDO, ставящей целью 40 % снижение энергопотребления компонентов ЦОД нового поколения, всех этих недостатков лишено. Оптический канал связи никаким электромагнитным помехам не подвержен, а дистанция подключения (в случае решения Kioxia) может составлять до 40 м, причём этот показатель планируется в дальнейшем довести до 100 м.

Кроме того, такой подход упрощает дезагрегацию СХД, благо такое подключение может быть коммутируемым. А заодно можно вынести флеш-накопители за пределы горячей зоны по соседству с CPU и GPU. Kioxia также говорит о более компактных соединительных разъёмах, сравнивая свою новинку с U.2, но стоит помнить, что последний обеспечивает SSD питанием, в то время как чисто оптический интерфейс этого делать не может.

Устройство, показанное на конференции, не было полноценным «оптическим SSD»: к обычному накопителю с интерфейсом U.2 была подключена плата-переходник, на которой располагался трансивер. Однако с учётом успехов, которые в настоящее время делает кремниевая фотоника, оптический интерфейс может быть легко интегрирован на плату самого накопителя. Правда, массовое производство таких SSD, согласно планам Kioxia, рассчитано на использование как минимум PCI Express 8.0, так что увидим мы их явно не завтра. Впрочем, такое решение уже сейчас могло бы подойти для Ethernet SSD.

Финский телеком-гигант Nokia, только что избавившийся от непрофильной с его точки зрения дочерней компании Alcatel Submarine Networks (ASN), анонсировал планы приобрести Infinera за $2,3 млрд. По данным Silicon Angle, сделка должна помочь масштабировать оптический сетевой бизнес компании.

Nokia заявила, что покупка Infinera поможет ускорить развитие в сфере оптических сетевых решений. Информация о сделке появилась после решения Nokia продать бизнес ASN, связанный с выпуском, прокладкой и обслуживанием подводных интернет-кабелей. Это позволит компании переформатировать свой инфраструктурный бизнес, сконцентрировав внимание на фиксированных сетях, IP-решениях и оптических технологиях.

Nokia согласилась выкупить акции Infinera по $6,65/шт., т.е. на 28 % выше их стоимости на момент закрытия торгов в минувшую среду. Как минимум 70 % этой суммы придётся на денежные средства, до 30 % акционеры Infinera смогут получить в виде американских депозитарных акций, принадлежащих Nokia. Nokia также возьмёт на себя долг Infinera на сумму $760 млн в виде конвертируемых облигаций (при некоторых условиях можно конвертировать в акции компании). Oaktree Optical Holdings, L.P., владеющая 11 % акций, проголосовала за проведение сделки.

Nokia приняла решение переформатировать свой оптический сетевой бизнес ещё в 2021 году. Утверждается, что решение было верным и компания получила более широкое признание клиентов, нарастила продажи и увеличила прибыльность. В Nokia считают, что покупка Infinera увеличит масштаб бизнеса в области оптических сетей на 75 %, позволит ускорить выпуск продуктов и повысит конкурентоспособность. Так, Nokia получит разработчиков DSP и фотонных чипов, экспертов в области кремниевой фотоники и полупроводниковых материалов на основе фосфида индия.

Среди преимуществ сделки также отмечается то, что заказчики обеих компаний практически не пересекаются друг с другом. Это позволит Nokia расширить клиентскую базу и привлечь корпоративных заказчиков. Порядка 30 % продаж Infinera приходится на гиперскейлеров. Кроме того, Infinera в последнее время занималась разработкой высокоскоростных энергоэффективных оптических решений для построения сетей внутри ЦОД, которые ориентированы на обслуживание ИИ-кластеров.

Nokia заявила, что сделка позитивно скажется на прибыли на акцию в первый же год после закрытия. К 2027 году прибыль на акцию (EPS) вырастет на 10 %, а операционная прибыль поднимется на €200 млн. Чтобы компенсировать «размывание» акций, совет директоров компании проголосовал за увеличение и ускорение обратного выкупа ценных бумаг, благодаря чему количество акций в обращении уменьшится. Nokia ожидает, что единовременные затраты на интеграцию Infinera составят €200 млн.

Intel ведет исследования в области интегрированной фотоники уже много лет, поскольку успех в этой сфере критически важен для HPC-систем нового поколения. Два года назад компания сообщила о создании технологии, использующей существующие техпроцессы обработки 300-мм кремниевых пластин для формирования массива лазеров вкупе с модуляторами. А сейчас можно говорить о достижении новой важной вехи в этой области.

На OFC 2024 Intel продемонстрировала опытный образец CPU, оснащённый 64-канальным фотонным интерконнектом OCI (Optical Compute Interconnect). Каждый канал позволяет передавать данные на скорости 32 Гбит/с на расстоянии до 100 м, что позволит решить проблему масштабирования HPC-систем и ИИ-комплексов: пропускной способности 2 Тбит/с (256 Гбайт/с) в каждом направлении хватит на многое. А в перспективе скорость будет доведена до 32 Тбит/с.

Источник изображений: Intel

В настоящее время в системах подобного класса для высокоскоростного соединения узлов используются либо решения с внешними оптическими трансиверами, что серьёзно увеличивает стоимость и энергопотреблению в целом, либо классическую «медь», серьёзно ограниченную по максимальной длине кабеля. OCI позволяет избежать обеих проблем.

Чиплет использует DWDM (восемь длин волн на волокно) и при этом экономичен: энергозатраты на передачу информации составляют всего 5 пДж/бит против 15 пДж/бит у решений с внешними оптическими трансиверами. Ранее заявленную цифру 3 пДж/бит пришлось немного увеличить, что связано с интеграцией интерфейса PCIe.

Внешне продемонстрированный образец чипа напоминает выпускавшиеся когда процессоры Xeon с поддержкой Omni-Path, но вместо электрического разъёма у него теперь оптический соединитель на восемь пар волокон. С помощью простого пассивного переходника к нему в демонстрационной системе Inel был подключен типовой оптоволоконный кабель.

Поскольку речь идёт о чиплете, теоретически ничто не мешает разместить модуль OCI в составе GPU/NPU, FPGA, DPU/IPU и вообще любой модульной SoC. При этом чиплет совместим с PCIe 5.0, так что проблем с интеграцией быть не должно, хотя это и не самый оптимальный вариант. А на уровне упаковки поддерживается и UCIe.

Вкупе с предельной дистанцией до 100 м новый чиплет существенно упростит системы интерконнекта: за редкими исключениями, вроде NVIDIA NVLink или Intel Gaudi 3 с его массивом Ethernet-контроллеров, связь организуется посредством PCIe-адаптера InfiniBand, либо Ethernet, в которые устанавливаются оптические трансиверы. Впрочем, и у PCI Express вскоре появится поддержка оптических подключений, что будет на руку Ultra Accelerator Link (UALink).

В следующем поколении пропускная способность каждой линии OCI возрастёт с 32 до 64 Гбит/с, после чего Intel планирует довести число одновременно используемых длин волн до 16. Затем, в промежутке между 2030 и 2035 годами планируется достигнуть 128 Гбит/с на линию, уже с 16 длинами волн и 16 парами волокон. Но без конкуренции здесь не обойдётся. NVLink, который уже сейчас существенно быстрее (1,8 Тбайт/с в нынешнем поколении), вскоре тоже обзаведётся оптической версией. Похожие решения развивают Celestial AI, MediaTek и Ranovus, Lightmatter и Ayar Labs.

Правительство Австралии и штата Квинсленд, по сообщению ресурса Datacenter Dynamics, инвестируют AU$940 млн (приблизительно $620 млн) в создание мощного квантового компьютера. Он будет развёрнут на площадке недалеко от аэропорта Брисбена. Созданием системы займётся калифорнийский стартап PsiQuantum.

PsiQuantum была основана в 2016 году. Своей миссией она называет разработку «первого в мире практически полезного квантового компьютера». Компания заявляет, что её технология даёт возможность в относительно короткие сроки создавать квантовые системы большого масштаба, устойчивые к появлению ошибок. Для этого предлагается использовать существующие технические решения, такие как мощные криогенные системы. Проект, реализуемый стартапом в Австралии, предусматривает строительство фотонного квантового компьютера. Предполагается, что система сможет оперировать приблизительно 1 млн кубитов.

Источник изображения: PsiQuantum

Власти Австралии и штата Квинсленд профинансируют проект в равных долях — примерно по $310 млн. В обмен на инвестиции PsiQuantum создаст региональную штаб-квартиру в штате Квинсленд, откуда будет управлять своими квантовыми системами. Ожидается, что новый компьютер заработает к концу 2027 года. Он будет использоваться для решения сложных задач в различных сферах, включая возобновляемую энергию, добычу полезных ископаемых и металлов, здравоохранение и транспорт.

Правительство Австралии впервые высказало идею развёртывания системы, созданной компанией PsiQuantum, в конце 2023 года. Но тогда проект подвергся критике за то, что власти хотят отдать предпочтение американской фирме, а не австралийским организациям, которые занимаются квантовыми вычислениями. Но теперь, похоже, все разногласия устранены.

Coherent анонсировала специализированные оптические коммутаторы для ИИ-кластеров высокой плотности. В основу устройств Optical Circuit Switch (OCS) положена фирменная платформа кросс-коммутации Lightwave Cross-Connect (DLX). В изделиях, в отличие от традиционных коммутаторов, не применяются приемопередатчики для преобразования фотонов в электроны и обратно. Вместо этого все операции осуществляются в оптическом тракте: импульсы поступают в один порт и выходят из другого (конечно, с небольшим ослаблением).

Coherent выделяет несколько ключевых преимуществ своей технологии. Прежде всего значительно возрастает производительность, что важно при решении ресурсоёмких задач, связанных с приложениями ИИ. Кроме того, благодаря отказу от преобразования среды сокращаются энерозатраты. Наконец, отпадает необходимость в обновлении собственно коммутаторов при установке в ЦОД оборудования следующего поколения. Это значительно повышает окупаемость капитальных затрат.

Источник изображения: Coherent

Представленное решение насчитывает 300 входных и 300 выходных оптических портов. Коммутаторы OCS помогают решить проблемы масштабируемости и надёжности дата-центров, ориентированных на приложения ИИ. Аналитики Dell'Oro Group отмечают, что для ИИ-задач требуется более высокий уровень отказоустойчивости, нежели для традиционных приложений. Крайне важно, чтобы коммутаторы, используемые в составе ИИ-платформ, не провоцировали никаких перебоев во время обучения или эксплуатации больших языковых моделей. Устройства Coherent, как сообщается, обеспечивают необходимый уровень надёжности.

Массовые поставки новых коммутаторов планируется организовать в 2025 году. При этом Google уже использует в своих дата-центрах оптические коммутаторы (OCS) собственной разработки на базе MEMS-переключателей для формирования ИИ-кластеров, а Meta✴ совместно с MIT разработала систему TopoOpt, представляющую собой оптическую патч-панель с манипулятором, который позволяет менять топологию сети.

Американская компания Jabil Inc., занимающаяся контрактным проектированием и производством электроники, объявила о покупке у Intel подразделения по производству оптических трансиверов на основе кремниевой фотоники. Для Jabil эта сделка означает расширение присутствия на рынке комплектующих для ЦОД, а для Intel это очередной шаг по оптимизации портфолио путём избавления от непрофильных направлений. Jabil продолжит выпуск нынешних серий подключаемых оптических трансиверов Intel, а также будет заниматься разработкой трансиверов следующих поколений. Сумма сделки не раскрывается.

По словам Мэтта Кроули (Matt Crowley), старшего вице-президента по облачной и корпоративной инфраструктуре Jabil, сделка позволит компании «расширить своё присутствие в цепочке создания стоимости ЦОД». Он добавил, что новое производство поможет Jabil лучше удовлетворять потребности клиентов, включая гиперскейлеров, облака следующего поколения и ЦОД для ИИ. Jabil планирует поставлять компаниям улучшенные оптические сетевые решения, предлагая полные возможности фотоники, включая проектирование компонентов, сборку систем и оптимизированное управление цепочкой поставок.

Изображение: Intel

«Мы рассчитываем на тесное сотрудничество с Jabil, нашими клиентами и поставщиками, чтобы обеспечить плавный переход, поскольку Intel переключает свое внимание на компоненты кремниевой фотоники для существующих рынков и новых приложений», — заявил Сафроаду Йебоа-Аманква (Safroadu Yeboah-Amankwah), старший вице-президент и директор по стратегии Intel.

Под руководством Пэта Гелсингера (Pat Gelsinger) Intel последовательно проводит реструктуризацию. Компания уже продала, закрыла или отделила следующие направления бизнеса: Optane и NAND, производство серверов и NUC, коммутаторы и Pathfinder for RISC-V, IMS Nanofabrication и PSG (FPGA Altera), а также ASIC для майнинга. Стоит отметить, что в области кремниевой фотоники Intel была одним из пионеров и лидером в некоторых сегментах.

На конференции Hot Chips 34 компания Lightmatter, занимающаяся созданием фотонного ИИ-процессора, рассказала о своей новой разработке, Lightmatter Passage, открывающей для чиплетов эру фотоники. Как известно, переход на чиплеты позволил разработчикам сложных чипов сравнительно малой кровью обойти ограничения, накладываемые технологиями на создание монолитных кристаллов большой площади. Однако современный высокоскоростной межчиплетный интерконнект всё равно весьма сложен и потребляет сравнительно много энергии. И по мере роста количества чиплетов на общей подложке проблема будет лишь обостряться.

Изображения: Lightmatter (via ServeTheHome)

Но технология Lightmatter Passage, призванная заменить электрический интерконнект оптическим, позволит эту проблему обойти. По сути, Passage — универсальная кремниевая прослойка, содержащая в своём составе лазеры, оптические модуляторы, фотодетекторы, волноводы, а также классические транзисторы для сопутствующей логики. Поверх этой прослойки Lightmatter и предлагает размещать чиплеты любой архитектуры.

Электрическая часть Passage имеет изменяемую конфигурацию и в текущей реализации поддерживает установку до 48 чиплетов (в виде матрицы 6×8). Производится такая прослойка из 300-мм кремниевой пластины SOI, верхний и нижний слои Passage имеют классические контакты для чиплетов и установки на PCB соответственно. При этом максимальная подводимая электрическая мощность может достигать 700 Вт. Вся же коммуникация чиплетов между собой происходит внутри и является оптической.

Матрица фотонных волноводов, плотность которой в 40 раз выше, чем у традиционных оптоволоконные технологий, обеспечивает латентность одного перехода на уровне менее 2 нс. Как заявляют разработчики, расстояние между чиплетами при этом роли не играет — для любого сочетания пары точек «входа» и «выхода» сигнала значение задержки одинаково. Высокая плотность волноводов позволяет «накормить» каждый чиплет потоком данных до 96 Тбайт/с, а внешние каналы Passage позволяют связать чипы с другими компонентами системы на скоростях до 16 Тбайт/с.

Основой данной технологии является фирменная разработка компании, позволяющая точно «сшивать» в пределах нескольких слоев SOI-кремния электрические соединения с многочисленными волноводами. Уже существующая в кремнии тестовая реализация Passage потребляет 21 Вт, позволяет устанавливать до 48 чиплетов площадью по 800 мм², обеспечивает каждое посадочное место 32 каналами с пропускной способностью 1024 Тбит/с, причём топологию интерконнекта можно динамически менять.

Тестовая подложка Passage, полученная из 300-мм пластины, содержит 288 лазеров мощностью 50 мВт каждый. Всего в состав системы входит 150 тыс. компонентов, и это заявка на абсолютный рекорд для фотонных чипов. Кроме того, новая технология совместима со стандартом UCIe — говорится о скорости 32 Гбит/с на линию. Впрочем, в случае простого SerDes-соединения, как считают создатели, этот показатель можно поднять до 112 Гбит/с.

Фотоника сулит немалые преимущества, и особенно ярко они проявятся в случае достижения высокой степени интеграции — если внешний источник лазерного излучения может существенно усложнить систему и сделать её более дорогой, то интегрированный на кремниевую пластину, напротив, многое упрощает.

Неудивительно, что разработчики, бьющиеся над созданием гибридных фотонных чипов, нацелены именно на такой вариант. Ранее мы рассказывали о варианте Synopsys и Juniper Networks, которые также планируют использовать интегрированные лазеры в рамках возможностей техпроцесса PH18DA компании Tower Semiconductor, а сейчас успеха добилась корпорация Intel.

Традиционные оптические модуляторы достаточно громоздки. Источник: Intel Labs

Научно-исследовательское подразделение компании, Intel Labs, сообщает, что на базе «существующего кремниевого-фотонного техпроцесса для пластин диаметром 300 мм» удалось создать интегрированный лазерный массив, работающий с восемью длинами волн. Это хорошо отработанная технология, на её основе Intel уже производит оптические трансиверы, что открывает дорогу к достаточно быстрому началу производству фотонных чипов со встроенными лазерными массивами.

Вариант Intel использует компактные кольцевые микромодуляторы. Источник: Intel Labs

В технологии используются лазерные диоды с распределённой схемой обратной связи (distributed feedback, DFB), которая позволяет добиться высокой точности как в мощности излучения в пределах 0,25 дБ, так и в спектральных характеристиках, где отклонения в границах используемых спектров не превышают 6,5%. Достигнутые параметры превышают аналогичные показатели классических полупроводниковых лазеров.

Компания также отмечает, что применённая ей новая технология кольцевых микромодуляторов, отвечающих за конверсию электрического сигнала в оптический, существенно компактнее более традиционных решений других разработчиков. Такой подход позволяет поднять удельную плотность фотонных линий передачи данных, то есть, при прочих равных условиях, чип, оснащённый интерконнектом Intel, будет иметь более «широкую» оптическую шину с более высокой пропускной способностью.

В технологии используется массив из 8 лазеров. Источник: Intel Labs

Технология гибридной фотоники со встроенными лазерами, использующая мультиплексирование с разделением по длине волны (dense wavelength division multiplexing, DWDM), делает высокоскоростной оптический интерконнект возможным, но до успеха Intel данная технология упиралась именно в точность разделения спектра и в достаточно высокое энергопотребление источников излучения.

В настоящее время уже ведутся работы по созданию специального чиплета, который позволит вывести оптический интерконнект за пределы кремниевой пластины, а это в перспективе даст возможность как для фотонного соединения между центральным процессором и памятью или GPU, так и для реализации будущих ещё более скоростных версий стандарта PCI Express или его наследника.

Дорога к высокоскоростному оптическому интерконнекту открыта! Источник: Intel Labs

Ayar Labs, один из пионеров в освоении гибридных электронно-оптических технологий однако считает, что у подхода Intel есть и недостатки. Сам по себе оптический интерконнект, конечно, может быть производительнее классического, и к тому же он не подвержен помехам. Однако лазерные диоды по природе своей достаточно капризны, а глубокая интеграция источника излучения в чип при выходе хотя бы одного лазера из строя делает всю схему бесполезной. В своих решениях Ayar Labs полагается на внешний лазерный модуль SuperNova.

Американская компания Cisco, один из крупнейших в мире поставщиков сетевого оборудования, завершила сделку по поглощению Acacia Communications — разработчика оптических компонентов. Слияние позволит Cisco укрепить позиции на рынке кремниевой фотоники.

Напомним, что Cisco сообщила о планах по покупке Acacia ещё в 2019 году. Тогда говорилось, что сумма сделки составит приблизительно $2,6 млрд. Однако первоначальные условия впоследствии изменились. Так, в январе нынешнего года Acacia объявила о расторжении договора с Cisco: причиной стало то, что сделка в обозначенные сроки не получила одобрения Государственного управления по регулированию рынка Китайской Народной Республики (SAMR). В свою очередь, Cisco обратилась в суд, настаивая на завершении слияния.

Источник изображения: Cisco

Позднее компании смогли найти общий язык, правда, сумма сделки значительно выросла, составив $4,5 млрд. И вот теперь сообщается, что слияние завершено. Поглощение поможет Cisco расширить ассортимент продукции для построения высокоскоростных сетей передачи данных. Речь, в частности, идёт об оборудовании класса 400G и выше.