A Intel apresentou um chiplet OCI (Optical Compute Interconnect) que permite entrada/saída óptica (E/S) co-embalada em infraestrutura de IA emergente para Data Centers e aplicativos de computação de alto desempenho (HPC).

“A crescente movimentação de dados de servidor para servidor está sobrecarregando os recursos da infraestrutura atual dos Data Centers, e as soluções atuais estão atingindo rapidamente os limites práticos do desempenho de E/S elétrica. No entanto, a conquista inovadora da Intel capacita os clientes a integrar perfeitamente soluções de interconexão de silício fotônico co-embaladas em sistemas de computação de próxima geração”, disse Thomas Liljeberg, diretor sênior de Gerenciamento e Estratégia de Produtos do Grupo Integrated Photonics Solutions (IPS).

Ele acrescenta: “Nosso chiplet OCI aumenta a largura de banda, reduz o consumo de energia e aumenta o alcance, permitindo a aceleração de cargas de trabalho de aprendizado de máquina que promete revolucionar a infraestrutura de IA de alto desempenho”.

Esse primeiro chiplet OCI foi projetado para suportar 64 canais de transmissão de dados de 32 gigabits por segundo (Gbps) em cada direção em até 100 metros de fibra óptica e espera-se que atenda às crescentes demandas de infraestrutura de IA por maior largura de banda, menor consumo de energia e maior alcance. Ele permite escalabilidade futura de conectividade de cluster de CPU/GPU e novas arquiteturas de computação, como expansão de memória consistente e desagregação de recursos.

Aplicativos baseados em IA estão sendo cada vez mais implementados globalmente, e desenvolvimentos recentes em modelos de linguagem grande (LLMs) e inteligência artificial generativa estão acelerando essa tendência. Modelos de aprendizado de máquina (ML) maiores e mais eficientes desempenharão um papel fundamental no atendimento aos requisitos emergentes das cargas de trabalho de aceleração de IA. A necessidade de dimensionar futuras plataformas de computação para IA está impulsionando o crescimento exponencial na largura de banda de E/S e maior escopo para oferecer suporte a clusters maiores de unidades de computação (CPU/GPU/IPU) e arquiteturas com utilização de recursos mais eficiente, como desagregação xPU e pool de memória.

A E/S elétrica (ou seja, conectividade de cobre) suporta alta densidade de largura de banda e baixo consumo de energia, mas oferece apenas alcances curtos de um metro ou menos. Os módulos de transceptor óptico conectáveis usados em Data Centers e clusters iniciais de IA podem aumentar o alcance para níveis de custo e consumo que não são sustentáveis com os requisitos de dimensionamento das cargas de trabalho de IA. Uma solução de E/S óptica xPU co-embalada pode suportar larguras de banda mais altas com maior eficiência energética, baixa latência e maior alcance, exatamente o que o dimensionamento de sua infraestrutura de IA/ML exige.

Como analogia, substituir E/S elétrica por E/S óptica em CPUs e GPUs para transferir dados é como deixar de usar carruagens puxadas por cavalos para distribuir mercadorias, limitadas em capacidade e alcance, para usar carros e caminhões que podem entregar quantidades muito maiores de mercadorias em distâncias muito maiores. Esse nível de desempenho e melhoria do custo de energia é o que as soluções de E/S ópticas, como o chiplet OCI emergente da Intel, trazem para o dimensionamento de IA.

Operação

O chiplet OCI totalmente integrado aproveita a tecnologia de fotônica de silício comprovada em campo da Intel e integra um circuito integrado fotônico de silício (PIC), que inclui lasers e amplificadores ópticos no chip, com um circuito integrado elétrico. O chiplet OCI revelado no OFC foi embalado junto com uma CPU Intel, mas também pode ser integrado com CPU de próxima geração, GPU, IPU e outros system-on-chips (SoCs).

Essa primeira implementação de OCI suporta transferência de dados bidirecional de até 4 terabits por segundo (Tbps), suportando Interconexão de Componentes Periféricos (PCIe) Gen5 Express. A demonstração de link óptico ao vivo mostra uma conexão de transmissor (Tx) e receptor (Rx) entre duas plataformas de CPU por meio de um cabo de fibra monomodo (SMF). As CPUs geraram e mediram a taxa de erro de bits ópticos (BER), e a demonstração mostra o espectro óptico Tx com 8 comprimentos de onda a 200 giga-hertz (GHz) de separação em uma única fibra, juntamente com um diagrama de olho Tx de 32 Gbps ilustrando a ótima qualidade do sinal.

O chiplet atual suporta 64 canais de dados de 32 Gbps em cada direção até 100 metros (embora as aplicações práticas possam ser limitadas a dezenas de metros devido à latência de tempo de voo), usando oito pares de fibras, cada um carregando oito comprimentos de onda de multiplexação de divisão densa (DWDM, dense wavelength division multiplexing wavelengths, na sigla em inglês). A solução co-embalada também é notavelmente eficiente em termos de energia, consumindo apenas 5 pico-joules (pJ) por bit em comparação com módulos transceptores ópticos conectáveis que consomem aproximadamente 15 pJ/bit.

A Intel também está implementando um novo nodo de processo de fabricação para fotônica de silício com desempenho de dispositivo de última geração (SOA state-of-the-art, na sigla em inglês), maior densidade, melhor acoplamento e economia dramaticamente melhorada. A Intel continua a fazer avanços no desempenho e SOA do laser-on-chip, no custo (mais de 40% de redução na área de superfície do chip) e na energia (mais de 15% de redução).

O chiplet OCI atual da Intel é um protótipo. A Intel está trabalhando com clientes selecionados para co-embalar OCI com seus sistemas em um chip (SOC) como uma solução de E/S óptica.