Tuleva muutos tekoälyinfrastruktuurissa: Ohjelmoitavuus piisilikon ulottuvilla

Vaikka koko maailma on yhä enemmän lumoutunut tekoälystä ja sen sovelluksista, on olemassa joitakin hyvin todellisia esteitä, jotka estävät sen täydellisen onnistumisen. Otetaan esimerkiksi tekoälydatakeskuksen infrastruktuuri, joka kohtaa merkittäviä luotettavuuden haasteita, suorituskyvyn pullonkauloja ja kasvavaa energiankulutuksen rajoitusta, joka rajoittaa sitä, kuinka pitkälle tekoälyjärjestelmät voivat käytännössä skaalautua. Todellakin tekoälyn jatkuvasti muuttuvat työkuormat vaativat siirtymistä seuraavaan vaiheeseen OCS-kehityksessä – ohjelmoitavissa piisilikon perustuvissa OCS:issä – jotka mahdollistavat verkon joustavuuden tasot, joita ei ole aiemmin nähty.

Kuinka päädyimme tähän: OCS-kehityksen historia

Optiset piirikytkimet (OCS) juontavat juurensa puhelinteollisuuden pitkään historiaan, joka alkoi 1800-luvun lopulla / 1900-luvun alussa, jolloin ääniviestintä perustui piirikytkentään – fyysiseen kaapeli kytkentään puheluyhteyden muodostamiseksi kahden osapuolen välille. Pakettikytkentä otettiin käyttöön 1960-luvulla paremman jaettavan infrastruktuurin hyödyntämiseksi. Se käsitti tiedon jakamisen pieniin “pakketteihin”, jotta useat lähetykset voivat matkustaa verkossa minkä tahansa reitin kautta. 1970-luvulla nämä paketit määriteltiin tarkemmin osoittamalla, reitittämällä ja toimittamalla eri järjestelmissä, ja 1980-luvulla tämä määritelmä – Transmission Control Protocol / Internet Protocol eli TCP / IP – tuli Internetin standardiksi, joka mahdollisti aiemmin keskenään yhteensopimattomien verkkojen viestinnän yhteisen kehyksen alla. Kun verkon ja skaalautuvuuden vaatimukset kasvoivat 1990-luvulla, sähköiset pakettikytkimet (EPS) otettiin käyttöön. Yhdistettynä TCP / IP: hen, EPS:t muodostivat Internetin kasvun perustan ja yhdistivät miljoonia käyttäjiä maailmanlaajuisesti. Samalla aikoihin kuitu korvasi kuparin maailmanlaajuisissa verkoissa, tarjoten suuremman kapasiteetin, pidemmän kantaman ja mahdollisuuden tukea useita terabitin nopeuksia.

Dynamiikka tekoäly-ympäristössä

Mutta 2000-luvun alussa tekoälykuormat asettivat valtavan paineen nykyisille sähköperusteisille verkoille, mikä johti ensimmäisten kaupallisten MEMS-pohjaisten optisten piirikytkin (OCS) datakeskuksen arkkitehtuurien kehittymiseen. Optiset MEMS-kytkimet ovat kaikkialliset kytkentälaitteet, jotka käyttävät mikroskooppisia liikkuva mirroreja ohjaamaan valoa syötteen ja tulosteen kuiduissa ilman signaalin muuttamista sähköksi. Nämä MEMS-pohjaiset OCS:t tukevat suuria portin määriä, jotka ovat ihanteellisia etäisten palvelinten optiseen yhdistämiseen kuparin rajoitusten ylittämiseksi datakeskuksissa. Kuitenkin rajoitukset uudelleenkonfiguroinnin nopeudessa, portin kustannuksessa ja muodossa ovat tulleet ilmi. Nämä rajoitukset estävät MEMS-pohjaisia OCS:itä pääsemästä verkon reaaliaikaiseen uudelleenkonfigurointiin datakeskuksen laskentamoottorin sydämessä, skaalautuvassa verkkossa – erityisesti tekoälykuormien edessä.

Todellakin tänään, MEMS-pohjaisten OCS:ien rajoitukset ja vaatimukset tekoälydatakeskukselle ovat vain kasvamassa, kiitos massiiviset, epälineaariset, arvaamattomat muutokset, jotka tekoäly tuo joka vuosi tai joka kuusi kuukautta – ellei joka neljännesvuosi. Tekoälydatakeskuksen ekosysteemin toimijat pyydetään nyt sopeutumaan nopeasti ja reagoimaan tekoälyn jatkuvasti muuttuvaan maisemaan. Ja verkkosuunnittelijat ovat painostettuja uudelleenkonfiguroimaan tai ohjelmoimaan tekoälydatakeskuksensa verkkonsa tarpeen mukaan ohittamaan ongelmia verkon sisällä tai hallitsemaan uuden tekoälykuormien tason, joka vaatii optimoituja suorituskykyä.

Ohjelmoitavat piisilikon fotoniikka: Siirtyminen “jäätyneen” verkon yli

Ohjelmoitavat piisilikon fotoniikka (SiPh) OCS:t ovat seuraava askel OCS-kehityksessä. Matalan kustannuksen, erittäin kompaktin ja ohjelmistopohjaisen, nämä fotoniset piirit voivat uudelleenohjelmoida valon reitin ja siten uudelleenkonfiguroida verkon. MEMS:ään verrattuna ohjelmoitava SiPh OCS on kiinteä tila -tekniikka, joka poistaa paljon luotettavuuden riskejä, koska siinä ei ole liikkuvia osia. Kiinteä tila, CMOS-yhteensopiva tekniikka merkitsee myös, että se voi vastata optimaalista GPU-klusterin kohdetta $100 per radix.

Ohjelmoitavat SiPh OCS:t vahvistavat tekoälydatakeskuksen arkkitehtuureja kahteen kriittiseen tapaan. Ensinnäkin ne mahdollistavat nopean uudelleenkonfiguroinnin GPU-välien yhteyksissä, jotta työkuormat voidaan suorittaa tehokkaammin ja nopeammin. Koska tekoälykoulutus kehittyy, viestintätopologiat on muutettava dynaamisesti – jopa koulutustehtävän aikana – ilman pakettihävikkiä. Tämä vaatii erittäin nopeita uudelleenkonfigurointiaikoja, alueella jossa SiPh OCS:n skaalautuvuus on perustavanlaatuisesti parempi kuin MEMS-pohjaiset lähestymistavat, jotka tukevat uudelleenkonfigurointi- ja transduktioajoja, jotka ovat useita kertoja nopeampia kuin MEMS-tekniikat.

Toiseksi SiPh OCS:n ohjelmoitavuus mahdollistaa lisätoimintojen integroinnin suoraan kytkentäverkkoon ilman skaalautuvuuden kasvamista. Ominaisuudet, kuten reaaliaikainen telemetry SiGe-integroiduilla valodetektoreilla ja linkin vahvistus, voidaan sisällyttää parantamaan havainnollisuutta ja lisäämään vikasietokykyä. Kun MEMS-pohjaiset OCS:t esittävät tyypillisesti 2-3 dB optista häviötä, SiPh OCS-toteutukset voidaan suunnitella tehokkaasti häviötöntä, parantaen koko järjestelmän joustavuutta ja tehokkuutta.

Katse eteenpäin

Koska historialliset datakeskuksen verkkorakenteet ovat jäätyneitä eivätkä pysty seuraamaan tekoälydatakeskuksen muuttuvia tarpeita, markkinat ohjelmoitavalle SiPh-tekniikalle tarjoavat useiden miljardien dollarin mahdollisuuden. Yhdessä tämän valtavan kasvun kanssa tulee yhteistyön ja yhteisen toiminnan tarve liike-elämän yritysten keskuudessa, jotka ovat tämän uuden tekniikan ytimessä. Tähän tarkoitukseen on olemassa OCP-standardointielin – johon kuuluvat Google, Microsoft, Lumentum ja muut innovaattorit – jonka tavoitteena on tehdä ohjelmointirajapinta verkon hallinnalle OCS:ää käyttäen mahdollisimman standardin ja helppokäyttöisen. Yhdessä nämä yritykset haluavat jakaa näkemyksensä ja luoda standardeja edistääkseen tekniikan kehittymistä ja nopeuttaakseen sen omaksumisen.

Koska tekoäly ajaa evoluutiota maailmassamme, tekoälydatakeskuksen verkkorakenteiden on myös kehittymistä tukemaan sitä. Ohjelmoitavat SiPh OCS:t mahdollistavat yritysten luomisen innovaation huipulla ja uusien ja jännittävien mahdollisuuksien toteuttamisen kaikille.