CPO-коммутаторы компании NVIDIA вошли в массовое производство, центры обработки данных AI вступают в «эпоху кремниево-оптических технологий»!

Nvidia объявила о начале полноценного серийного производства своего фотонного Ethernet-коммутатора Spectrum-X, что знаменует собой ключевой поворотный момент в архитектуре сетей дата-центров AI.

Основной продукт этого массового производства глубоко интегрирует технологию совместного упаковывания оптики (CPO) с чипом-коммутатором, радикально изменяя способ преобразования сигналов по сравнению с традиционными вставляемыми оптическими модулями. По заявлению Nvidia, по сравнению с традиционными извлекаемыми оптическими сетями новая архитектура обеспечивает пятикратное повышение энергоэффективности сети, пятикратное увеличение времени непрерывной работы AI-приложений, а также увеличение среднего времени между отказами в 10 раз. Этот рост производительности имеет прямое значение в плане затрат и надежности для облачных провайдеров и операторов AI-инфраструктуры, которые массово расширяют свои GPU-кластеры.

Массовое производство затрагивает цепочку поставок, которая объединяет нескольких ведущих производителей: TSMC занимается производством силикон-фотонных чипов, ASE Technology отвечает за упаковку и тестирование чипов, Lumentum и TFC поставляют лазерные компоненты, а Foxconn занимается разработкой и сборкой всей системы коммутаторов. Nvidia проводит финальные испытания готовых коммутаторов перед отгрузкой. Такая модель цепочки поставок указывает на проникновение фотонных интеграционных технологий в ядро AI-аппаратуры, и связанные с этим компании по всей производственной цепочке могут рассчитывать на рост спроса.

В традиционных сетях дата-центров на каждую панель коммутатора устанавливаются отдельные оптические модули, чтобы осуществить преобразование электрического сигнала в оптический и наоборот. Несмотря на зрелость этой технологии, у нее есть существенные недостатки: высокий уровень энергопотребления, значительная тепловая нагрузка и множество точек отказа — все эти проблемы резко усугубляются в AI-тренировочных кластерах с параллельным взаимодействием тысяч GPU.

Фотонное решение Nvidia Spectrum-X для Ethernet объединяет оптические модули и чип-коммутатор в одном мультичиповом модуле: преобразование сигнала происходит непосредственно рядом с ASIC-коммутатором, что значительно сокращает электрический путь и, соответственно, снижает затухание сигнала и потери энергии. Внешний модуль лазерного источника света использует централизованную подачу, одновременно обеспечивая все оптические модули, и количество необходимых лазеров сокращено на 75% по сравнению с традиционной схемой, что еще больше снижает энергопотребление и тепловыделение.

Система обеспечивает очень высокую плотность портов в корпусе с жидкостным охлаждением. Версия шасси 2U SN6810 вмещает 128 портов по 800 Гбит/с, обеспечивая в целом пропускную способность 102,4 Тбит/с; версия шасси 5U SN6800 содержит четыре ASIC-коммутатора и поддерживает 512 портов по 800 Гбит/с или более двух тысяч портов по 200 Гбит/с, с совокупной полосой пропускания до 409,6 Тбит/с. Более крупные корпуса оснащены встроенными оптоволоконными модулями связи, что позволяет горизонтально масштабироваться без увеличения количества уровней коммутаторов и эффективно контролирует задержку в сети.

Ранее технология CPO сталкивалась с трудностями на этапе массового производства из-за сложных технологических процессов и трудностей с контролем качества. Массовый запуск от Nvidia стал возможен благодаря системной перестройке производственных процессов.

Оптические модули крепятся непосредственно к основанию модуля с помощью технологии пайки, совместимой с существующими стандартизированными производственными линиями, что снижает сложность производства. Верхние оптоволоконные соединители дополнительно обеспечивают высокую точность сборки и увеличивают выход продукции. Кооперация нескольких поставщиков в цепи поставок объединяет передовые профессиональные навыки по производству силикон-фотоники, упаковке и тестированию, поставке лазеров и системной интеграции, что создает инженерную основу для массовых поставок.

Коммутатор CPO — лишь одна из аппаратных составляющих платформы Spectrum-X, которая также включает программные и архитектурные элементы, системно разработанные под AI-нагрузки.

В платформе интегрированы возможности адаптивной маршрутизации, контроля перегрузок и сквозного мониторинга, что обеспечивает стабильный трафик при одновременной работе тысяч GPU. Сетевая архитектура с несколькими плоскостями распределяет соединения по независимым сегментам, избегая единых точек отказа и предотвращая остановку всех задач. Nvidia также выпустила Spectrum-XGS, расширяя ту же архитектуру на здание или целый комплекс, позволяя объединять несколько дата-центров в единую координируемую систему.

По данным Nvidia, по сравнению с традиционной Ethernet, платформа Spectrum-X повышает скорость AI-сетей в 1,6 раза, сохраняя при этом совместимость с такими популярными открытыми инструментами, как SONiC, и снижая затраты на миграцию и эксплуатацию для пользователей.