Přicházející posun v infrastruktuře AI: programovatelnost beyond silicon

Zatímco celý svět je stále více okouzlen AI a všemi jejími aplikacemi, existují některé velmi reálné bariéry, které brání jejímu plnému úspěchu. Vzít, například, infrastrukturu AI datového centra, která čelí významným výzvám spolehlivosti, problémům s výkonem a stále více omezením spotřeby energie, které omezují, jak daleko mohou AI systémy škálovat v praxi. Skutečně, neustále se měnící pracovní zátěže AI vyžadují přechod do další fáze vývoje OCS — programovatelné siliconové fotonicové OCS, které umožňují úrovně flexibility sítě, které nebyly dříve viděny.

Jak jsme se sem dostali: Historie za vývojem OCS

Optické obvodové spínače (OCSs) mají své kořeny v dlouhé historii telefony, počínaje koncem 19. a začátkem 20. století, kdy se komunikace pomocí hlasu spoléhala na obvodové spínání — fyzické přepínání kabelů pro navázání telefonního spojení mezi dvěma stranami. Paketové spínání bylo zavedeno v 60. letech jako způsob, jak lépe využít sdílené infrastruktury. Zahrnovalo rozdělení dat do malých „paketů“, aby umožnilo multiple transmissions cestovat přes síť po libovolné trase. V 70. letech byly tyto pakety dále definovány, jak byly adresovány, směrovány a doručeny přes heterogenní systémy, a v 80. letech se tato definice — Transmission Control Protocol/Internet Protocol, nebo TCP/IP — stala internetovým standardem, aby umožnila dříve neslučitelné sítě komunikovat v rámci společného rámce. Jak síťové a škálovací požadavky rostly v 90. letech, byly zavedeny Elektrické Paketové Spínače (EPSs). V kombinaci s TCP/IP, EPSs podpořily růst internetu a propojily miliony uživatelů po celém světě. Ve stejnou dobu začal být fiber nahrazován mědí v globálních sítích, nabízející vyšší kapacitu a delší dosah a schopnost podporovat multi-terabitové rychlosti.

Dynamické prostředí AI

Ale na počátku 21. století, AI pracovní zátěže uvalily enormní tlak na současné elektronické sítě, což vedlo k vývoji prvních komerčních MEMS-založených Optických Obvodových Spínačů (OCS) architektur datových center. Optické MEMS spínače jsou všechny optické přepínače, které používají mikroskopické pohyblivé zrcadla pro přesměrování světla mezi vstupními a výstupními vlákny bez převodu signálu na elektriku. Tyto MEMS-založené OCSs podporují velké porty, které jsou ideální pro optické propojení vzdálených serverů překonávajících omezení mědi v datových centrech. Nicméně, limity v rekonfigurační rychlosti, nákladů na port a faktoru formy se staly zřejmými. Tyto limity brání MEMS-založeným OCSs v řešení potřeby síťové rekonfigurace v reálném čase v srdci datového centra výpočetního motoru, škálovatelné síti — zejména v tváří AI pracovních zátěží.

Skutečně, dnes, limity MEMS-založených OCSs a požadavky na AI datové centrum se stávají pouze více zřetelnými, díky masivním, nelineárním, nepředvídatelným změnám, které AI zavádí každý rok nebo každé šest měsíců — pokud ne každé čtvrtletí. AI datové centrum ekosystémoví aktéři jsou nyní požádáni, aby se rychle přizpůsobili a reagovali na neustále se měnící AI krajinu. A síťoví designéři jsou pod tlakem, aby rekonfigurovali nebo přeprogramovali své AI datové centrum sítě podle potřeby, aby obešli problémy uvnitř sítě, nebo spravovali novou úroveň AI pracovních zátěží vyžadujících optimalizovaný výkon.

Programovatelná siliconová fotonika: Pohyb beyond „zamrzlé“ sítě

Programovatelné siliconová fotonika (SiPh) OCSs jsou dalším krokem ve vývoji OCS. Nízké náklady, velmi kompaktní a řízené softwarem, tyto fotonické čipy mohou být okamžitě přeprogramovány, aby se přizpůsobily v reálném čase způsobu, jakým světlo prochází, a tím rekonfigurovat síť. Ve srovnání s MEMS, programovatelný SiPh OCS je pevná technologická stavba, která odstraňuje mnoho rizik spolehlivosti, protože neobsahuje pohyblivé části. Pevná stavba, CMOS kompatibilní technologie také znamená, že může dosáhnout optimálního cíle nákladů na radix $100.

Programovatelné SiPh OCSs dále posilují AI datové centrum architektury dvěma kritickými způsoby. První, umožňují rychlou rekonfiguraci GPU interconnectů, aby se pracovní zátěže mohly provádět efektivněji a dokončovat rychleji. Jak AI školení evoluuje, komunikační topologie musí měnit dynamicky — dokonce i během školení — bez ztráty paketů. To vyžaduje extrémně rychlé rekonfigurační časy, oblast, ve které je SiPh OCS škálovatelnost fundamentálně lepší než MEMS-založené přístupy, podporující rekonfiguraci a transdukční časy řádově rychlejší než MEMS technologie.

Druhý, programovatelnost SiPh OCS umožňuje integrovat další funkce přímo do přepínače bez škálování formy. Schopnosti, jako je reálná telemetrie prostřednictvím SiGe-integrovaných fotodetektorů a linková amplifikace, mohou být začleněny, aby se zlepšila pozorovatelnost a zvýšila odolnost proti selhání. Zatímco MEMS-založené OCSs obvykle zavádějí 2–3 dB optické ztráty, SiPh OCS implementace mohou být navrženy tak, aby byly efektivě bezztrátové, zlepšující celkovou flexibilitu a efektivitu systému.

Vzhledem dopředu

Protože historické datové centrum sítě jsou rigidní a nemohou držet krok s měnícími se potřebami AI datových center, trh pro programovatelnou SiPh technologii představuje multi-miliardovou příležitost. Společně s touto obrovskou explozí přichází potřeba spolupráce a kooperace mezi podniky, které jsou v srdci této nové technologie. K tomuto účelu existuje OCP standardizační orgán — který zahrnuje Google, Microsoft, Lumentum a další inovátory — který má za cíl učinit software rozhraní pro síťového manažera pomocí OCS standardní a snadno použitelné. Společně, tyto společnosti sdílejí své perspektivy a vytvářejí standardy, aby posunuly technologii kupředu a urychly přijetí.

Jak AI pohání evoluci našeho světa, AI datové centrum sítě musí rovněž evolovat a být budoucnosti odolné, aby podporovaly ji. Programovatelné SiPh OCSs umožňují společnostem vytvářet na vrcholu inovací a realizovat nové a vzrušující příležitosti pro všechny.