英特爾實現光學IO芯粒的完全集成

  ICC訊 英特爾的OCI(光學計算互連)芯粒有望革新面向AI基礎設施的高速數據處理。

  英特爾在用于高速數據傳輸的硅光集成技術上取得了突破性進展。2024年光纖通信大會上，英特爾硅光集成解決方案(IPS)團隊展示了業(yè)界領先的、完全集成的OCI(光學計算互連)芯粒，該芯粒與英特爾CPU封裝在一起，運行真實數據。面向數據中心和HPC應用，英特爾打造的OCI芯粒在新興AI基礎設施中實現了光學I/O(輸入/輸出)共封裝，從而推動了高帶寬互連技術創(chuàng)新。

  英特爾硅光集成解決方案團隊產品管理與戰(zhàn)略高級總監(jiān)Thomas Liljeberg表示：“服務器之間的數據傳輸正在不斷增加，當今的數據中心基礎設施難堪重負。目前的解決方案正在迅速接近電氣I/O性能的實際極限。然而，借助英特爾的這項突破性進展，客戶能夠將硅光共封互連方案無縫集成到下一代計算系統(tǒng)中。英特爾的OCI芯粒大大提高了帶寬、降低了功耗并延長了傳輸距離，有助于加速機器學習工作負載，進而推動高性能AI基礎設施創(chuàng)新?！?

  該OCI芯?？稍谧铋L可達100米的光纖上，單向支持64個32Gbps 通道，有望滿足AI基礎設施日益增長的對更高帶寬、更低功耗和更長傳輸距離的需求。它將有助于實現可擴展的CPU和GPU集群連接，和包括一致性內存擴展及資源解聚的新型計算架構。

  AI應用正在全球范圍內被越來越多地部署，近期大語言模型和生成式AI的發(fā)展正在加速這一趨勢。對AI負載加速新需求而言，更大、更高效的機器學習模型將發(fā)揮關鍵作用。未來的計算平臺需要面向AI實現擴展，因而需要指數級提升的I/O帶寬和更長的傳輸距離，以支持更大規(guī)模的處理器(CPU、GPU和IPU)集群，和資源利用更高效的架構，如xPU解聚和內存池化(memory pooling)。

  電氣I/O(即銅跡線連接)帶寬密度高且功耗低，但傳輸距離短至不超一米。數據中心和早期AI集群中使用的可插拔光收發(fā)器模塊可以延長傳輸距離，但就AI工作負載的擴展需求而言，其成本和功耗不可持續(xù)。xPU光電共封I/O解決方案 可以在提高能效比、降低延遲和延長傳輸距離的同時，支持更高的帶寬，從而滿足AI和機器學習基礎設施的擴展需求。

  打個比方，在CPU和GPU中，用光學I/O取代電氣I/O進行數據傳輸，就好比從使用馬車(容量和距離有限)到使用小汽車和卡車來配送貨物(數量更大、距離更遠)。英特爾的OCI芯粒等光學 I/O 解決方案，在性能和能耗方面實現了這一水平的提升，從而有助于AI的擴展。

英特爾OCI(光學計算互連)芯粒

  在完全集成的OCI芯粒中，英特爾利用了已實際驗證的硅光子技術，集成了包含片上激光器的硅光子集成電路(PIC)、光放大器和電子集成電路。在2024年光纖通信大會上，英特爾展示了與自家CPU封裝在一起的OCI芯粒，但它也能與下一代CPU、GPU、IPU等SOC(系統(tǒng)級芯片)集成。

  這一完全集成的OCI芯粒的雙向數據傳輸速度達4 Tbps，并兼容第五代PCIe。在2024年光纖通信大會現場，實時光學鏈路演示展示了通過單模光纖(SMF)跳線(patch cord)在兩個CPU平臺之間實現的發(fā)射器(Tx)和接收器(Rx)互連。CPU生成并測量了比特誤碼率(BER)。英特爾還展示了發(fā)射器的光譜(optical spectrum)，包括單一光纖上200GHz間隔的八個波長，以及32Gbps發(fā)射器眼圖(eye diagram)，表明信號質量很強。

  該芯粒目前單向支持64個32Gbps 通道，傳輸距離達100米(由于傳輸延遲，實際應用中距離可能僅限幾十米)。它采用8對光纖，每根8波長密集波分復用(DWDM)。這種共封裝解決方案也非常節(jié)能，功耗僅為每比特5皮焦耳(pJ)，而可插拔光收發(fā)器模塊的功耗大約為每比特15皮焦耳。對數據中心和HPC環(huán)境而言，超高的能效十分重要，有助于解決AI應用的高能耗問題，提高可持續(xù)性。

  英特爾研究院在硅光子領域已深耕超過25年，是硅光集成的開拓者和領導者。英特爾在業(yè)內率先開發(fā)并向大型云服務提供商批量交付硅光子連接器件，這些產品具有領先的可靠性。

  英特爾的主要差異化優(yōu)勢在于其直接集成技術，結合晶圓上激光器混合集成技術，可提高良率并降低成本。這一獨特的方法使英特爾能夠在實現卓越性能的同時保持高能效比。依托強大的量產平臺，英特爾已出貨超過800萬個硅光子集成電路，包含多達3200萬個片上集成激光器，時基故障率(FIT)小于0.1。時基故障率是一種廣泛使用的測量可靠性的方法，體現了故障率和發(fā)生故障的次數。

  這些硅光子集成電路被封裝在可插拔收發(fā)器模塊中，部署于超大規(guī)模云服務提供商的大型數據中心網絡中，用于傳輸速率需求高達100、200和400 Gbps的應用。面向傳輸速率需求達800 Gbps和1.6 Tbps的新興應用，速度達200G/通道的硅光子集成電路正在開發(fā)中。

  英特爾還正在探索新的硅光子制造工藝節(jié)點，該節(jié)點具有先進的器件性能、更高的密度、更好的耦合性，并能大幅提高經濟性。英特爾將繼續(xù)在片上激光器和性能、成本(芯片面積減少 40% 以上)和功耗(減少 15% 以上)等方面取得進步。

  英特爾研發(fā)的OCI芯粒目前尚處于技術原型(prototype)階段。英特爾正在與客戶合作，開發(fā)共封OCI和客戶SoC，作為光學I/O的解決方案。

  英特爾的OCI芯粒推動了高速數據傳輸技術的進步。隨著AI基礎設施的不斷發(fā)展，英特爾將繼續(xù)推動前沿技術創(chuàng)新，探索面向未來的連接技術。