Des modèles d'apprentissage automatique (ML) plus grands et plus efficaces joueront un rôle clé pour répondre aux nouveaux besoins d'accélération des charges de travail liées à l'IA. La nécessité d'augmenter considérablement la capacité des futures infrastructures de calcul entraîne une croissance exponentielle de la bande passante d'E/S et une connectivité accrue afin de prendre en charge des clusters xPU plus importants, ainsi que des architectures plus économes en ressources telles que la désagrégation des GPU et le regroupement de la mémoire.
Les E/S électriques (c.-à-d. la connectivité par pistes de cuivre) prennent en charge une densité de bande passante élevée et une faible consommation d'énergie, mais seulement des portées très courtes, d'un mètre ou moins. Les modules émetteurs-récepteurs optiques enfichables utilisés dans les centres de données actuels et les premiers clusters d'IA peuvent augmenter la portée, mais à des niveaux de coût et de consommation d'énergie non viables compte tenu des exigences d'évolutivité des charges de travail d'IA à venir.
Une solution d'E/S optiques xPU (CPU, GPU, IPU) co-packagée peut prendre en charge des bandes passantes plus élevées avec une efficacité énergétique élevée, une faible latence et une plus grande portée, ce qui est exactement ce dont a besoin l'infrastructure d'IA/ML à grande échelle.
Solution d'E/S optiques basée sur la photonique sur silicium Intel
Intel a développé une puce OCI bidirectionnelle de 4 Tbit/s entièrement intégrée, basée sur sa technologie propriétaire de photonique sur silicium, afin de répondre aux besoins massifs en bande passante des infrastructures d'IA et de permettre une évolutivité future. Cette puce OCI comprend un circuit intégré de photonique sur silicium (PIC) unique avec lasers intégrés, un circuit intégré électrique avec interconnexion RF TSV et un chemin permettant l'intégration d'un connecteur optique détachable et réutilisable.
La puce OCI peut être associée aux processeurs, processeurs graphiques, unités de traitement d'image (IPU) et autres systèmes sur puce (SoC) de nouvelle génération, gourmands en bande passante. Cette première implémentation ouvre la voie à une connectivité optique multitérabit offrant une densité de bande passante plus de quatre fois supérieure à celle du PCIe Gen6, une consommation énergétique inférieure à 3 pJ/bit, une latence inférieure à 10 ns (+TOF) et une portée dépassant 100 mètres.
Nous prévoyons de présenter notre chiplet OCI de première génération, intégré à un prototype de processeur Intel, assurant une liaison sans défaut sur fibre optique (taux d'erreur binaire < 10⁻¹² avec un motif PRBS31), lors du salon OFC 2024 à San Diego, du 26 au 28 mars (stand Intel n° 1501). Cette première implémentation OCI est un chiplet bidirectionnel de 4 Tbit/s compatible PCIe Gen5, prenant en charge 64 voies de données à 32 Gbit/s dans chaque sens sur plusieurs dizaines de mètres, grâce à huit paires de fibres optiques transportant chacune huit longueurs d'onde DWDM. Au-delà de cette implémentation initiale, la plateforme offre une capacité de transmission directe pour les chiplets de 32 Tbit/s.
Émetteur OCI : Spectre optique de 8 longueurs d’onde dans une fibre monomode standard
Le seul circuit intégré photonique (PIC) de la pile actuelle prend en charge les applications bidirectionnelles jusqu'à 8 Tbit/s et intègre un sous-système optique complet, grâce à la capacité unique d'Intel à intégrer directement des réseaux laser DWDM et des amplificateurs optiques sur le PIC. Il en résulte une fiabilité nettement supérieure à celle des lasers InP conventionnels. Ces puces photoniques intégrées sont fabriquées dans l'une de nos usines américaines à haut volume de production, qui a déjà livré plus de 8 millions de PIC intégrant plus de 32 millions de lasers dans des émetteurs-récepteurs optiques enfichables pour les réseaux de centres de données, garantissant une fiabilité inégalée. Outre les performances et la fiabilité éprouvées, la technologie laser sur puce permet une fabrication, un contrôle et des tests à l'échelle de la plaquette, ce qui simplifie et améliore la fiabilité au niveau du sous-système (par exemple, absence de fibres reliant l'ELS et le PIC) et optimise la production.
Un autre avantage distinctif d'OCI réside dans l'utilisation de la fibre monomode standard (SMF-28), largement disponible, ce qui élimine le besoin de fibre à maintien de polarisation (PMF), contrairement à d'autres solutions techniques du marché. La PMF est rarement utilisée car les vibrations du système et les mouvements de la fibre peuvent nuire aux performances et au bilan de liaison associé.
Plusieurs équipes d'Intel contribuent au développement et à la mise en œuvre d'OCI, une technologie d'E/S optiques essentielle. Ceci illustre comment Intel peut fournir une solution informatique complète de nouvelle génération grâce à son expertise de pointe dans les domaines du silicium, de l'optique, du packaging et de l'intégration de plateformes.
La plateforme et la technologie éprouvées de photonique sur silicium d'Intel peuvent fournir les solutions de connectivité optique les plus fiables et les plus performantes pour permettre une IA omniprésente.
