CPO-перемикачі Nvidia розпочали масове виробництво, дата-центри AI вступають в «епоху кремнієвої фотоніки»!

Nvidia оголосила, що її Spectrum-X Ethernet фотонний комутатор офіційно перейшов у фазу масового виробництва, що означає ключовий переломний момент для мережевої архітектури AI дата-центрів.

Основний продукт цього масового виробництва глибоко інтегрує технологію Co-Packaged Optics (CPO) з комутаторними чіпами, повністю змінюючи спосіб конверсії сигналів традиційних вставних оптичних модулів. За словами Nvidia, у порівнянні з традиційними вставними оптичними мережами, нова архітектура забезпечує збільшення ефективності енергоспоживання мережі у 5 разів, 5-кратне збільшення безперервного часу роботи AI-додатків і 10-кратне збільшення середнього інтервалу між збоями. Це підвищення продуктивності має пряме значення для витрат та надійності для хмарних обчислювальних компаній і операторів AI-інфраструктури, що масштабно розширюють кластери GPU.

Масове виробництво охоплює ланцюжок галузі із залученням декількох топових постачальників: TSMC відповідає за виробництво силіконових фотонних чіпів, SPIL здійснює упаковку і тестування чіпів, Lumentum і TFC постачають лазерні компоненти, а Foxconn займається розробкою та збиранням системи комутатора. Nvidia проводить фінальне тестування готових комутаторів перед відправкою. Такий формат ланцюга постачання свідчить про проникнення фотонної інтеграції у ядро AI-апаратного забезпечення, і відповідні компанії можуть скористатися розширенням потреб.

У традиційних дата-центрах мережеві комутатори оснащуються вставними оптичними модулями на панелі для конвертації електричних і світлових сигналів. Хоча цей метод зрілий, він має вроджені недоліки — високе енергоспоживання, велике тепловиділення, багато точок відмови, які у масштабних AI-кластерах з тисячами GPU множаться.

Nvidia Spectrum-X Ethernet фотонне рішення об'єднує оптичний двигун та комутаторний чіп у одному мультичіповому модулі, де конвертація сигналів відбувається безпосередньо біля ASIC-комутатора, значно скорочуючи електричний шлях, знижуючи загасання сигналу та втрати енергії. Зовнішній модуль лазерного джерела працює за принципом централізованої подачі світла до всіх оптичних двигунів, кількість необхідних лазерів зменшується на 75% порівняно з традиційним рішенням, додатково скорочуючи споживання енергії і тепло.

Система забезпечує дуже високу щільність портів у рідинно-охолоджених шафах. Версія SN6810 у 2U може містити 128 портів 800 Gb/s із загальною пропускною здатністю 102,4 Tb/s; версія SN6800 у 5U має чотири ASIC-комутатори, що забезпечують 512 портів 800 Gb/s або понад 2000 портів 200 Gb/s, з агрегованою пропускною здатністю 409,6 Tb/s. Більші шафи містять інтегровані модулі оптоволоконного інтерконекта, що дозволяє горизонтальне розширення без додаткових рівнів комутації та ефективно контролює мережеві затримки.

Технологія CPO тривалий час стикалася із проблемами складного виробництва та труднощами контролю якості, що гальмували масове впровадження. Масове виробництво Nvidia стало можливим завдяки системній реконструкції процесу складання.

Оптичний двигун безпосередньо прикріплюється до основи модуля за допомогою пайки, що сумісна із стандартизованими виробничими процесами і знижує складність виготовлення. Верхній дизайн оптичного роз’єму додатково підвищує точність складання та вихід готової продукції. Галузева модель з розподіленою співпрацею серед кількох постачальників інтегрує спеціалізовані навички виробництва силіконової фотоніки, упаковки й тестування, постачання лазерів та системної інтеграції для забезпечення інженерної основи масштабної поставки.

Комутатор CPO — лише одна з апаратних частин платформи Spectrum-X, на рівні програмного забезпечення та архітектури вона також розроблена для системних AI-робочих навантажень.

Платформа оснащена адаптивною маршрутизацією, контролем заторів і телеметрією від кінця до кінця, що дозволяє стабільно керувати потоками даних у масштабних сценаріях одночасної комунікації тисяч GPU. Багатоплощинна мережна архітектура розподіляє підключення по кількох незалежних мережевих площинах, запобігаючи перериванню всіх задач через одну точку відмови. Nvidia також випустила Spectrum-XGS, який дозволяє розширити мережеву архітектуру на рівень будівлі або навіть кампусу, об’єднуючи кілька дата-центрів у єдину спільну систему.

Nvidia зазначає, що у порівнянні з традиційним Ethernet, платформа Spectrum-X збільшує швидкість AI-мережі в 1,6 рази, залишаючись сумісною з основними відкритими інструментами, такими як SONiC, і знижуючи витрати на міграцію та експлуатацію для користувачів.