NVIDIA и модуль оптического трансивера 800G

Запуск ChatGPT привел к росту ИИ. В середине мая NVIDIA выпустила DGX H200 для ИИ, что привело к изменению отраслевого спроса с потоком заказов на оптические приемопередатчики 800G. Такие компании, как Google, Meta, Microsoft и другие, также рассматривают возможность интеграции ИИ в свои операции, тем самым стимулируя внедрение отраслевой цепочки ИИ как вверх, так и вниз по течению. Неотъемлемой частью этой цепочки является производитель оптических модулей FiberMall.

В настоящее время FiberMall поставляет оптические модули 800G с большим количеством многомодовых модулей (800 г SR8) и меньшее количество одномодовых модулей (800G DR8). Что касается спроса на дата-центры на начало 2023 года, то есть ожидания роста трафика, но сдерживает ограниченность инвестиционных средств. По оценкам отрасли, потребность в оптических модулях 800G в начале года составляла около 3 миллионов единиц. Однако в июне произошел значительный всплеск, увеличивший спрос почти вдвое, и в следующем году прогнозируется его увеличение до десятков миллионов единиц.

800G SR8 и 800G DR8

Индустрия оптоволоконной связи находится на начальной стадии, и компании постепенно наращивают свои производственные мощности. Еще два-три года назад многие компании уже представили демонстрационные образцы 800G. Во время выставки OFC/ECOC в 2022 году компания FiberMall представила одномодовые микросхемы EML и многорежимные микросхемы VCSEL для приемопередающих модулей 800G, а также усовершенствования внутренних структур и принципов.

В этом году выставка OFC в основном была посвящена технологии EML 200G, тогда как индустриализация модулей оптических приемопередатчиков 800G первоначально началась с модулей 8x100G. В будущем он получит дальнейшее развитие в виде оптических модулей 4x200G и 8x200G 1.6T.

Многомодовые модули имеют большее количество по сравнению с одномодовыми модулями. В этом году FiberMall может поставить несколько сотен тысяч многорежимных модулей оптических приемопередатчиков 800G, что указывает на сильные возможности индустриализации. От расчета спроса до размещения заказа и доставки — это процесс для компаний. Таким образом, некоторые объемы оцениваются на 2023 год, в то время как другие прогнозируются на 2024 год, что представляет собой разные моменты времени с точки зрения отрасли при одном и том же спросе.

Внезапный рост спроса на модули в основном обусловлен взаимосвязью нескольких чипов на основе инфраструктуры NVIDIA.

С ростом спроса на графические процессоры требуется значительное количество базовых транзисторов для выполнения вычислений, хранения и управления. Размеры чипов в несколько сотен квадратных миллиметров уже считаются большими, а процессы изготовления чипов постепенно сокращаются с 10 нм до 7 нм, 5 нм и так далее. По мере уменьшения размера отдельных транзисторов на площади в несколько сотен квадратных миллиметров можно разместить от сотен миллиардов до триллионов «супер» интегрированных транзисторов.

Для дальнейшего улучшения интеграции и вычислительной мощности полагаться исключительно на увеличение плотности интеграции уже недостаточно. Существуют ограничения технологических возможностей полупроводниковых микросхем. Одним из доступных подходов является соединение нескольких микросхем для достижения эквивалентного большего масштаба вычислительной мощности.

Взаимосвязь между микросхемами служит для обеспечения связи, что может быть достигнуто с использованием меди. Например, медная фольга на печатных платах может быть использована в качестве сигнальных линий или могут быть установлены коаксиальные электрические соединения.

Оптические волокна также могут использоваться для соединения. Оптические волокна обеспечивают высокую пропускную способность и низкие потери, что позволяет осуществлять передачу на большие расстояния. Однако недостатком оптоволоконной связи является ее более высокая общая стоимость, поскольку она требует преобразования сигнала между «электрическими» сигналами интегральных схем и «оптическими» сигналами оптоволоконной связи.

Оптический модуль — это интерфейс для преобразования оптических сигналов в электрические. Для поддержки оптической связи между интегральными схемами требуется огромное количество оптических модулей.

Это также объясняет, почему в первые дни по возможности избегали оптических волокон. В первую очередь из-за большого объема трафика межсоединений или когда расстояние между соединениями было слишком большим, оптические волокна использовались в качестве крайней меры.

Межсоединение подразумевает установление соединений между каждой парой микросхем.

Если мы рассмотрим четыре фишки, количество фишек увеличивается в линейной зависимости (в 2 раза). Однако трафик межсоединений между чипами не увеличивается линейно, а демонстрирует экспоненциальный рост из-за сложной топологии.

По мере усложнения топологии межсетевой трафик интенсифицируется, а расстояние между чипами увеличивается. Это создает дилемму относительно выбора медного провода или оптоволокна для соединения.

В этом поколении, где одновременно соединены 256 микросхем, диаграмма может быть отмечена только эллипсами, которые представляют крупномасштабное соединение между микросхемами. С точки зрения оптических модулей нет большой разницы между соединением медных проводов, одномодовых и многомодовых волокон с точки зрения физических интерфейсов.

«Волокно на входе, медь на выходе» относится к тенденции в области передачи информации, когда оптическое волокно все чаще используется в качестве среды для передачи данных, постепенно заменяя медные кабели. Оптические волокна имеют то преимущество, что поддерживают передачу информации с высокой пропускной способностью и на большие расстояния. Когда для передачи данных выбирается оптическое волокно, интегральные схемы используются для таких функций, как хранение, вычисления и управление, что требует использования оптических модулей для оптоэлектронного преобразования.

Нынешнее появление Оптический трансивер 800G заказов не из-за отсутствия спроса на еще большие мощности, а скорее из-за того, что возможности отрасли только что достигли этой стадии, а производственные мощности все еще ограничены. Таким образом, с точки зрения исследований и разработок, ведутся непрерывные технологические исследования и разработки оптических модулей 1.6 Тл, 3.2 Тл и 6.4 Тл (некоторые люди также называют их оптическими двигателями), поддерживаемых отраслевыми цепочками вверх и вниз по течению. Сюда входят достижения и инновации в таких областях, как кремниевая фотоника, тонкие пленки ниобата лития, чипы EML и чипы VCSEL.