TSMC предлагает использовать microLED-соединения, если нужна скорость и энергоэффективность

TSMC, мировой лидер в области производства полупроводников, и компания Avicena объявили о сотрудничестве в области создания оптических соединений нового поколения. Их цель — разработать технологию microLED-интерконнектов, которая заменит медные кабели внутри серверных стоек и обеспечит высокоскоростную и энергоэффективную передачу данных между графическими процессорами (GPU) в ИИ-инфраструктуре.

Источник изображения: Bardia Pezeshki / IEEE Spectrum

Необходимость перехода к оптике вызвана стремительно растущими требованиями к ИИ-инфраструктуре, где объём данных увеличивается кратно, задержка в передаче становится критичной, а существующие медные соединения больше не справляются с нагрузкой. Как пояснил Лукас Цай (Lucas Tsai), вице-президент TSMC, индустрия стремится интегрировать оптические каналы как можно ближе к печатной плате. Речь идёт об интерконнектах внутри стоек, где сотни GPU обмениваются данными в режиме почти постоянной загрузки.

Технология LightBundle, созданная Avicena, представляет собой инновационный способ передачи данных без использования лазеров. Вместо них применяются сотни синих microLED, каждый из которых передаёт данные через отдельное многоканальное оптоволокно — так называемое изображающее волокно (англ. — imaging fiber), обеспечивающее параллельную передачу. Передатчик работает как миниатюрный дисплей, а приёмник — как камера. Каждая линия соответствует одному пикселю и обеспечивает скорость 10 Гбит/с. Даже базовая конфигурация на 300 пикселей позволяет передавать до 3 Тбит/с на расстояние до 10 метров при энергозатратах менее 1 пДж на бит. Как подчёркивает генеральный директор Avicena Бардиа Пезешки (Bardia Pezeshki), его компания создаёт оптические соединения без всей сложности, связанной с лазерами.

Сегодняшние оптические соединения, основанные на лазерах, уже используются на расстояниях в десятки и сотни метров. Однако такие решения включают в себя сложные и дорогостоящие компоненты: модуляторы, гребенчатые лазеры, кольцевые резонаторы и трансиверы. Основной вызов в лазерной архитектуре связан с надёжностью и высокой стоимостью соединений волокна с чипами. Кроме того, при использовании многоволновых сигналов возрастает нагрузка на вычислительную систему, так как требуется электронное разбиение канала на отдельные потоки. В отличие от этого, система Avicena использует по одному физическому каналу на каждый поток данных — решение, которое проще, надёжнее и масштабируемо.

Принципиальным отличием технологии Avicena является ставка на зрелые потребительские компоненты. Светодиоды, матрицы камер и дисплеи — это производственные ниши с десятилетиями практики, налаженной логистикой и стабильной себестоимостью. Как подчёркивает Пезешки, компания может масштабировать подход до необходимых объёмов и стоимости гораздо быстрее, чем если бы разрабатывала всё с нуля. В отличие от кремниевой фотоники, которая за последние 30 лет продвинулась далеко, но по-прежнему требует создания сложных элементов, таких как кольцевые резонаторы и гребенчатые лазеры, технология LightBundle обходится лишь минимальными модификациями существующих дисплейных и камерных решений. Именно такая практичность, вероятно, и стала ключевым аргументом для TSMC, которая согласилась производить фотодетекторные массивы для оптических чиплетов Avicena.

Результаты уже впечатляют. По словам Пезешки, прототип LightBundle демонстрирует энергопотребление менее 1 пДж/бит, тогда как другие технологии оптических соединений с трудом преодолевают порог в 5 пДж/бит. Эта разница критична при масштабировании на десятки или сотни тысяч соединений внутри дата-центра. По его словам, решения Avicena уже «перекрывают» возможности кремниевой фотоники — как по энергетике, так и по стоимости. И хотя компании ещё предстоит путь к полноценному производству, сочетание высоких показателей и зрелости используемых компонентов уже создаёт устойчивую основу для массового внедрения.