وذلك بحسب تقرير مختبرات إنتل. ويقول إيتامار ليفين، وهو مسؤول تنفيذي في شركة إنتل مسؤول عن التطوير، إن دمج أجهزة إرسال الليزر في الرقائق العادية سيوفر الطاقة ويحسن أداء المعالج، خاصة في تطبيقات مثل الذكاء الاصطناعي.
Inأعلنت مختبرات الهاتف مؤخرا (27/6/2022) لإحراز تقدم كبير في أبحاث الضوئيات المتكاملة - ضوئيات السيليكون، والتي يُنظر إليها على أنها الحدود التالية في زيادة عرض النطاق الترددي للاتصالات بين حوسبة السيليكون في مراكز البيانات والشبكات المختلفة.
يعد مجال نقل البيانات داخل مراكز البيانات بسرعات عالية تنافسيًا. تعمل Nvidia باستمرار على زيادة قوة وحدة معالجة الرسومات والاتصال الخاصة بها - إن في لينك و إن في سويتش بالإضافة إلى تقنية DIRECT التي بدأ أيضًا دمج الاتصالات البصرية فيها.
إن تطوير إنتل الذي تم الكشف عنه اليوم والذي لا يزال في المرحلة المختبرية يأخذ اتجاهًا مختلفًا بعض الشيء - وهو دمج ضوئيات السيليكون حتى مستوى الشريحة مع إمكانية إنتاجها على شرائح عادية بدلاً من استخدام تقنيات خارجية ودمجها في النهائي منتج. تتضمن أحدث الأبحاث التقدم الصناعي في مجال البصريات المتكاملة متعددة الأطوال الموجية. سيمكن هذا الاختراق المصدر البصري من تقديم الأداء المطلوب للتطبيقات المستقبلية كبيرة الحجم، مثل البصريات المجمعة لأحمال العمل الناشئة كثيفة الشبكة، بما في ذلك الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (ML) وتمهيد الطريق للتصنيع بكميات كبيرة و انتشار واسع.
يوضح إيتامار ليفين، زميل إنتل في مجموعة تصميم وتطوير الرقائق، أن أحدث الأبحاث تتضمن تطورات في مجال البصريات المتكاملة متعددة الأطوال الموجية. سيمكن هذا الاختراق المصدر البصري من تقديم الأداء المطلوب للتطبيقات المستقبلية كبيرة الحجم، مثل البصريات المجمعة لأحمال العمل الناشئة كثيفة الشبكة، بما في ذلك الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (ML) وتمهيد الطريق للتصنيع بكميات كبيرة و انتشار واسع.
بدأت التوصيلات الضوئية تحل محل الأسلاك النحاسية في وقت مبكر من الثمانينات بسبب النطاق الترددي العالي المتأصل لنقل الضوء في الألياف الضوئية بدلاً من النبضات الكهربائية المنقولة عبر الأسلاك المعدنية. منذ ذلك الحين، أصبحت التكنولوجيا أكثر كفاءة مع تقلص المكونات من حيث الحجم والتكلفة، مما أدى إلى تحقيق اختراقات في السنوات الأخيرة في استخدام الاتصالات الضوئية لحلول الشبكات، عادة في المحولات ومراكز البيانات وغيرها من بيئات الحوسبة عالية الأداء. ومع ذلك، ونظرًا للحاجة إلى وجود مصدر ضوء خارجي كبير، فإن الثورة لم تصل بعد إلى مستوى الرقائق الفردية ويتم تحويل الإشارات التي تأتي من مسافات هائلة في الألياف الضوئية إلى إلكترونات، مع تقليل السرعة بشكل كبير وبشكل كبير زيادة استهلاك الطاقة.
"تعد Silicon Photonics واحدة من أكثر التقنيات إثارة للاهتمام في السوق فيما يتعلق بنقل البيانات في السحابة وعلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة. تتنافس عليها Nvidia وIntel وغيرهم من اللاعبين الكبار. الجميع يريد إيجاد الحل التكنولوجي الذي سيؤدي إلى السرعة التي تمر بها البيانات وهي سرعة الضوء، والوسائل التي يتم من خلالها نقل المعلومات على الألياف الضوئية التي تتكون بشكل رئيسي من الزجاج في تركيبات مختلفة وفي هيكل ذلك يسمح بنقل الضوء داخل الألياف مع الحد الأدنى من فقدان المعلومات."
ووفقا لليفين، "إذا حاولت النظر إلى الصورة الكبيرة، فإن عالم الاتصالات في مراكز البيانات ينقسم إلى تقنيتين - في المناطق السفلية من مركز البيانات القريبة من المعالجات والذاكرة ومسرعات الذكاء الاصطناعي، يتم الاتصال عبر الكابلات الكهربائية بمعدلات تصل إلى 224 جيجابت في الثانية، ومع صعودك إلى الطبقات العليا في مركز البيانات، يصبح الاتصال بصريًا أكثر فأكثر.
إذا نظرنا إلى مركز بيانات نموذجي، هناك قواعد الخوادم داخل القاعدة عبارة عن أدراج حيث توجد الخوادم المتصلة ببعضها البعض وبالمحول الموجود أعلى القاعدة من خلال الاتصال الإلكتروني المعتمد على شبكة Ethernet. يتم توصيل نفس المفتاح الموجود في الجزء العلوي من القاعدة بمفاتيح مماثلة في قواعد أخرى إلى طريق به اتصال بصري وكل طريق متصل بالتسلسل الهرمي للقاعة أيضًا بالاتصال البصري.
لماذا لم تخترق البصريات الخوادم نفسها؟
هناك ثلاثة أسباب لذلك، الأول هو التكلفة. التكلفة تأتي من السبب الثاني - معظم منتجات الاتصالات البصرية الموجودة اليوم في مركز البيانات هي منتجات معقدة، فهي لا يتم إنتاجها باستخدام تقنية تطوير CMOS على قطعة واحدة من السيليكون، ولكن بدلاً من ذلك ترى الكثير من الألياف، منفصلة الليزر والكثير من الالكترونيات. نظرًا لكونه منتجًا معقدًا، كانت البنى التحتية للألياف أيضًا بنى تحتية باهظة الثمن نسبيًا، وكلما تعمقت في مركز البيانات وأقربت إلى المعالجات، ستحتاج إلى الكثير من الروابط. في الطبقة المنخفضة يمكن أن تصل إلى ملايين الروابط المادية. وقد أدت هذه الصعوبات إلى تأخير تقارب الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي مع المعالجات.
السبب الثالث هو أن هذا الهيكل تسبب في اختناق يعيق استمرار نمو مراكز البيانات وقدرتها الاستيعابية. على سبيل المثال، لا يناسب تطبيقات الذكاء الاصطناعي حيث تريد إنشاء مجموعات من المعالجات (العناقيد) التي تعمل معًا وتشترك في ذاكرة مشتركة - هنا لا بد من نقل الكثير من البيانات بين المعالجات نفسها وبينها وبين الذاكرة .
تم إنشاء شبكة Ethernet لاستخدامات الاتصالات، ولكنها أصبحت اليوم جزءًا لا يتجزأ من عملية معالجة مجموعات المعالجات. وهذا استخدام جديد. إن إدراك هذا الاختناق يجبر شركة Intel ومصنعي الأجهزة والهندسة المعمارية لمراكز البيانات على إعادة التفكير في حلول الشبكات.
وبالطبع هناك مسألة السلطة. يتطلب إنشاء مراكز البيانات بعد إنشاءها مزيدًا من الطاقة لنقل البيانات من خادم إلى خادم. وفقًا لتوقعات المحللين، سيصل هذا التطبيق إلى 20-30% من استهلاك مركز البيانات بالكامل في غضون خمس سنوات وينبغي أيضًا أن يبدد الحرارة.
أنت بحاجة إلى الاستثمار أكثر في DSP لحل مشكلة الاتصال وتصبح القناة أقصر لأنك تقترب من الحدود المادية للأسلاك النحاسية. تصبح الكابلات أيضًا قيدًا - وزن النحاس، وما إلى ذلك. ويمكن أن يحتوي مركز البيانات على عشرات الآلاف من هذه القواعد.
سوف تحل ضوئيات السيليكون كل هذه المشاكل. ضوئيات السيليكون هي تقنية إنتاج لأنظمة الاتصالات البصرية عن طريق تصميم الرقائق وتصنيع الرقائق. الوعد الكبير هو أننا سنكون قادرين على إنتاج أنظمة اتصالات بصرية في حانة تشبه إلى حد كبير تلك التي تنتج رقائق CMOS، وهذا يسمح لنا بالإنتاج بكميات ضخمة ويسمح لنا بخفض التكاليف.
"بالإضافة إلى ذلك، سيكون من الممكن تحقيق مستوى آخر من التكامل. إذا كان عليك في السابق أخذ المكونات البصرية والعدسات وما إلى ذلك وتوصيلها بالرقائق، فسيكون مستوى التكامل محدودًا. عند التبديل إلى Silicon Photonics، تمت إزالة الكتلة، يمكنك أخذ جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال البصري وإدخاله كشريحة بالقرب من وحدة المعالجة المركزية - وفي المستقبل حتى إنتاجه في نفس قطعة السيليكون مثل وحدة المعالجة المركزية. تعمل هذه التقنية بطاقة منخفضة جدًا ويتيح لنا هذا التكامل تقليل زمن الوصول الموجود في مراكز البيانات. سنكون قادرين على العمل بمعدلات أسرع مائة بل ألف مرة من الوضع اليوم". يشرح ليفين.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
