Lumentum — компанія, що спеціалізується на оптичних комунікаціях і фотоніці, з основними напрямками діяльності у лазерах, оптичних компонентах і рішеннях для високошвидкісної комунікації. У міру швидкої еволюції інфраструктури ШІ Lumentum використовує свою експертизу в оптичних пристроях для участі у ланцюгу поставок CPO, кремнієвої фотоніки та високошвидкісних оптичних інтерконектів — постачаючи основні компоненти для підключення дата-центрів нового покоління.
Розвиток CPO важливий не лише для розкриття потенціалу чипів ШІ, а й для формування майбутньої архітектури мереж дата-центрів. Із зростанням попиту на оптичні комунікації 800G і 1,6T та масштабуванням кластерів ШІ технологія оптичних інтерконектів переходить від допоміжного рішення до основи інфраструктури ШІ.
Що таке CPO (Co-Packaged Optics)
CPO (Co-Packaged Optics) — це просунута технологія інтерконектів, що поєднує оптичні пристрої та основні чипи в межах однієї системи. Її мета — мінімізувати відстань передачі даних між чипами та оптичними модулями, підвищуючи ефективність високошвидкісної комунікації. Традиційні мережі дата-центрів зазвичай використовують архітектуру дискретних оптичних модулів: чипи серверів або комутаторів виконують обробку даних, а зовнішні оптичні модулі підключаються через електричні інтерфейси, конвертуючи сигнали між електричними та оптичними доменами.
Ця архітектура забезпечувала розвиток інтернету та хмарних обчислень десятиліттями. Однак із швидким розширенням дата-центрів ШІ традиційна модель стикається з новими викликами.
Завдання навчання ШІ потребують масштабної співпраці GPU, а обсяги обміну даними між кластерами GPU значно перевищують традиційні застосування. Для підтримки великомасштабного навчання моделей ШІ потрібні додаткові високошвидкісні комутаторні чипи і мережеві підключення. Із зростанням швидкості високошвидкісні електричні з'єднання між чипами та оптичними модулями призводять до більших втрат сигналу та енергоспоживання. На порогах 800G і 1,6T традиційні архітектури стикаються з ослабленням сигналу, проблемами теплового менеджменту та зниженням енергоефективності.
CPO суттєво змінює цю парадигму підключення. Розміщуючи оптичний двигун поруч із комутаторним чипом, CPO скорочує шлях високошвидкісного електричного сигналу, зменшує втрати сигналу та знижує енергоспоживання системи — роблячи цю технологію ключовою для мереж дата-центрів ШІ нового покоління.
Великі виробники чипів, постачальники мережевого обладнання та компанії з оптичних комунікацій активно розробляють технологію CPO.
Основні відмінності між CPO та традиційними оптичними модулями
Головна різниця між CPO та традиційними оптичними модулями полягає у способі підключення оптичних компонентів до чипа.
Архітектура традиційного оптичного модуля: чип → електричний інтерфейс → оптичний модуль → оптичне волокно
Архітектура CPO: чип + оптичний двигун → пряме підключення до оптичного волокна
У традиційних рішеннях дані, що генерує чип, спочатку перетворюються у високошвидкісний електричний сигнал, який надходить до зовнішнього оптичного модуля для електро-оптичної конвертації. Із зростанням швидкості цей електричний шлях стає вузьким місцем для продуктивності. CPO підвищує ефективність конвертації, наближаючи оптичний інтерфейс до чипа.
Ключові відмінності включають:
-
Споживання енергії: Енергоспоживання є основним чинником витрат у дата-центрах ШІ. Із збільшенням кількості GPU зростає і мережеве споживання енергії. Коротші високошвидкісні електричні з'єднання CPO допомагають зменшити енергоспоживання, пов'язане з комунікаціями.
-
Пропускна здатність: Майбутні кластери ШІ потребують ультрашвидкого обміну даними. Хоча традиційні оптичні модулі продовжують розвиватися, зростання швидкості ускладнює систему. CPO пропонує архітектуру, краще адаптовану до високопродуктивних середовищ.
-
Дизайн системи: Традиційні оптичні модулі мають високу модульність для легкого обслуговування та заміни. CPO, навпаки, акцентує спільний дизайн чипів, упаковки та оптики, підвищуючи вимоги до виробничих можливостей.
CPO не є простою заміною застарілих оптичних модулів — це новий технічний шлях для високопродуктивних обчислювальних сценаріїв ШІ.
Чому чипи ШІ прискорюють впровадження CPO
Постійне підвищення продуктивності чипів ШІ є ключовим драйвером інтересу до CPO. Сучасні прискорювачі ШІ забезпечують все більші обчислення, і кожен GPU або чип ШІ обробляє більші масиви даних. Для максимізації цієї продуктивності необхідно підключати кілька обчислювальних вузлів через високошвидкісні мережі.
У великомасштабних дата-центрах ШІ обчислювальні завдання розподіляються по масштабних кластерах GPU. Наприклад, навчання великої мовної моделі може вимагати одночасного обміну параметрами та результатами моделі між тисячами GPU.
Це потребує мережевого підключення, яке відповідає темпу. Якщо швидкість мережі відстає, навіть найпотужніші GPU можуть використовуватись неефективно через затримки передачі даних. Традиційні електронні інтерконекти стикаються з дедалі більшими проблемами на високих швидкостях:
-
Скорочення відстані для високошвидкісних сигналів
-
Зростання енергоспоживання
-
Посилення вимог до теплового менеджменту
У результаті індустрія ШІ шукає нові парадигми інтерконектів. Цінність CPO полягає у подоланні традиційних вузьких місць підключення, забезпечуючи ефективніший обмін даними між високошвидкісними чипами.
Із зростанням навантаження на інференс ШІ дата-центри повинні не лише навчати великі моделі, а й обробляти масові запити користувачів у реальному часі — підвищуючи вимоги до мереж із низькою затримкою та високою пропускною здатністю.
Стратегія Lumentum для оптичних інтерконектів нового покоління
Lumentum (LITE) — глобальний лідер у сфері оптичних комунікацій та лазерних технологій, з ключовими компетенціями у фотонних пристроях, лазерах та компонентах для високошвидкісних комунікацій. У ланцюгу поставок CPO Lumentum безпосередньо не виробляє чипи ШІ, а постачає критичні оптичні компоненти для високошвидкісної оптичної конективності.
Хоча архітектури CPO скорочують відстань між чипами та оптичними модулями, вони все одно залежать від високопродуктивних джерел світла, оптичних двигунів і просунутих оптичних пристроїв.
Лазери є особливо важливим елементом, який безпосередньо впливає на продуктивність оптичних комунікацій. Високошвидкісні мережі ШІ потребують стабільних, високошвидкісних модульованих оптичних сигналів, причому лазери визначають якість сигналу, швидкість передачі та загальну надійність системи. Глибока експертиза Lumentum у фотоніці дозволяє їй відігравати ключову роль на ринку високошвидкісних оптичних інтерконектів.
У міру переходу дата-центрів ШІ до більш високих швидкостей зростає попит на:
-
Високошвидкісні лазери
-
Компоненти оптичних чипів
-
Пристрої кремнієвої фотоніки
-
Рішення для високошвидкісних комунікацій
Ці напрямки тісно відповідають технічному фокусу Lumentum. Із прискоренням комерціалізації CPO важливість постачальників оптичних пристроїв лише зростатиме — незалежно від архітектури дата-центрів, високопродуктивні оптичні компоненти є основою для високошвидкісної конективності.
Синергія кремнієвої фотоніки та CPO
Кремнієва фотоніка є базовою технологією для CPO. Простими словами, кремнієва фотоніка використовує зріле виробництво напівпровідників для інтеграції оптичних пристроїв на платформи кремнієвих чипів.
Тоді як традиційні оптичні комунікації залежать від дискретних оптичних компонентів, кремнієва фотоніка прагне до вищої інтеграції — знижуючи витрати та підвищуючи продуктивність.
CPO та кремнієва фотоніка мають високу синергію:
Разом вони додатково підвищують ефективність передачі даних у мережах дата-центрів.
Для дата-центрів ШІ ця синергія є критичною.
Із зростанням продуктивності чипів ШІ швидкість передачі даних повинна відповідати темпу. Використання численних дискретних оптичних модулів підвищує складність системи та енергоспоживання.
Кремнієва фотоніка зменшує розмір оптичних компонентів і підвищує ефективність виробництва, тоді як CPO скорочує відстань між чипами та оптичними модулями. Разом вони сприяють розвитку архітектур високошвидкісних інтерконектів нового покоління.
Великі світові компанії з виробництва напівпровідників і оптичних комунікацій ведуть дослідження як у сфері кремнієвої фотоніки, так і CPO.
Lumentum має сильну технічну базу, з багаторічними дослідженнями та розробками лазерів і фотонних пристроїв. Джерела світла, модулятори та оптичні компоненти є невід'ємними частинами систем кремнієвої фотоніки та CPO.
Із переходом CPO від лабораторної валідації до масового впровадження компанії з глибокою експертизою у фотоніці мають змогу скористатися новими можливостями галузі.
Зростання CPO як ключової технології інфраструктури ШІ привернуло увагу низки лідерів ланцюга поставок — серед них Lumentum, Broadcom і Marvell, кожен із власною технічною позицією.
Lumentum — це постачальник пристроїв для оптичних комунікацій.
Її основні компетенції — лазери, оптичні компоненти та фотонна технологія. У архітектурах CPO Lumentum зосереджується на джерелах світла та оптичних компонентах, забезпечуючи базові пристрої для високошвидкісної передачі даних.
Broadcom Inc. більше орієнтується на системну інфраструктуру.
Broadcom — ключовий гравець у сфері комутаторних чипів для дата-центрів, а також активний у мережевих ASIC, чипах конективності та рішеннях для інфраструктури ШІ. У CPO перевага Broadcom полягає у її можливостях щодо чипів і систем мереж.
Наприклад, дата-центри ШІ потребують високошвидкісних комутаторних чипів для управління трафіком між масштабними кластерами GPU — сфера, де Broadcom має сильні позиції.
Marvell Technology, Inc. в основному зосереджена на підключенні дата-центрів, мережевих чипах і технологіях оптоелектронної конверсії.
Marvell має сильні позиції у сфері високошвидкісних інтерконектів, включаючи мережі дата-центрів, підключення сховищ і чипи для оптичних комунікацій.
Підсумовуючи:
-
Lumentum: оптичні пристрої та лазерні технології
-
Broadcom: мережеві чипи та системні платформи
-
Marvell: чипи конективності та інфраструктура даних
Комерціалізація CPO не залежить від однієї компанії — вона потребує узгодженого розвитку чипів, упаковки, оптики та мережевого обладнання.
Виклики комерціалізації CPO
Хоча CPO широко вважається майбутнім оптичних інтерконектів для ШІ, до масового впровадження залишаються кілька перешкод.
Складність виробництва: Традиційні оптичні модулі мають високу модульність, що дозволяє легко замінювати несправні компоненти. Висока інтеграція оптики та чипів у CPO ускладнює виробництво та обслуговування.
Це вимагає просунутих можливостей упаковки, тестування та співпраці в ланцюгу поставок.
Стандарти галузі: Екосистема дата-центрів охоплює виробників чипів, серверів, мережевого обладнання та хмарних провайдерів. Для архітектур, інтерфейсів і методів застосування CPO все ще існують різні вимоги.
Єдині стандарти галузі необхідні для масштабування впровадження CPO.
Вартість: Хоча CPO обіцяє нижче довгострокове енергоспоживання, початкові витрати на дослідження та виробництво високі. Для великих хмарних гравців технологічні переваги повинні перетворюватись на інвестиційну віддачу.
Якщо ціни на пристрої CPO знижуватимуться повільно, застарілі оптичні модулі можуть залишатися у вибраних сегментах ринку.
Тепловий менеджмент і надійність: Із зростанням щільності пристроїв у дата-центрах ШІ та розміщенням чипів і оптики у тіснішій близькості забезпечення довгострокової стабільності потребує нових інженерних рішень.
Таким чином, еволюція CPO — це не проста заміна існуючої технології, а поступовий, поетапний процес.
Майбутнє оптичних інтерконектів для ШІ нового покоління
Еволюція технології оптичних інтерконектів для ШІ буде базуватись на трьох стовпах: вищих швидкостях, меншому енергоспоживанні та глибшій інтеграції.
-
Оновлення швидкості: Дата-центри переходять від оптичних комунікацій 400G до 800G, а зі зростанням кластерів ШІ наступними етапами стануть 1,6T і більше. Це стимулюватиме постійні інновації у лазерах, оптичних чипах і упаковці.
-
Масове впровадження CPO: CPO все ще перебуває на етапі індустріалізації, але із зростанням потужності чипів ШІ та вимог до мереж її цінність зростає. Ймовірно, CPO дебютує у гіпермасштабних дата-центрах ШІ, а потім пошириться на ширші сценарії високопродуктивних обчислень.
-
Оптичні обчислення та просунута фотоніка: Із зростанням складності моделей ШІ традиційні електронні архітектури можуть досягати меж. Оптичні обчислення, кремнієва фотоніка та просунуті фотонні системи можуть стати важливим доповненням до обчислювальної інфраструктури. Для Lumentum довгострокова можливість полягає у галузевому оновленні оптичних комунікацій.
Зростання ШІ стимулює не лише попит на GPU, а й комплексне оновлення мережевого підключення, передачі даних та інфраструктурних технологій. Оптичні інтерконекти стають фундаментом екосистеми ШІ.
Висновок
CPO (Co-Packaged Optics) стає ключовою технологією високошвидкісних інтерконектів нового покоління для дата-центрів ШІ. Із масштабуванням моделей ШІ величезні кластери GPU потребують дедалі більшої пропускної здатності та нижчої затримки, що висвітлює обмеження потужності та продуктивності традиційних архітектур оптичних модулів. Щільна інтеграція оптичних компонентів і чипів у CPO скорочує відстані передачі високошвидкісних сигналів і підвищує ефективність мережі. Тим часом розвиток кремнієвої фотоніки прискорює інтеграцію оптичних систем, закладаючи основу для високошвидкісних мереж ШІ майбутнього.
Lumentum (LITE), як лідер у сфері оптичних комунікацій та лазерних технологій, переважно виступає постачальником оптичних пристроїв і лазерних компонентів у ланцюгу поставок CPO. Broadcom домінує у сфері мережевих чипів, а Marvell — у чипах конективності, тоді як Lumentum фокусується на фотоніці.
Втім, комерціалізація CPO досі стикається з викликами виробничої складності, вартості, стандартизації та надійності. Із розширенням дата-центрів ШІ важливість високошвидкісних оптичних інтерконектів лише зростатиме.
З точки зору галузі конкуренція у сфері ШІ зміщується від чистих обчислень до можливостей передачі даних. CPO, кремнієва фотоніка і високошвидкісні оптичні комунікації стануть критичними для підтримки інфраструктури ШІ нового покоління, а компанії з оптичних комунікацій, такі як Lumentum, відіграють ключову роль у цій технологічній еволюції.
