文章摘要
【关 键 词】 光互连技术、博通CPO、英特尔OCI、AI系统、高速数据传输
随着现代人工智能(AI)系统的发展，传统的PCIe连接方式已经逐渐无法满足日益增长的高速数据传输需求。为了解决这一问题，业界开始寻求新的解决方案，其中光互连技术成为了一个备受关注的发展方向。本文将详细介绍博通和英特尔在光互连领域的最新进展和探索。
首先，博通认为核心光互连技术主要有三种：垂直腔面发射激光器(VCSEL)、电吸收调制激光器(EML)和共封装光学器件(CPO)。VCSEL以其低功耗和低成本在数据通信和传感应用中具有优势，但仅适用于短距离传输。EML技术则适合更远距离和大规模AI系统的扩展，提供更高的带宽性能。而CPO技术通过将高速硅光子学集成到专用集成电路上，有望为未来几代AI系统提供功率和成本优势。
博通一直在探索CPO技术，通过将光学器件直接封装到GPU中，以解决传统铜线连接在高速传输下的限制。例如，博通的Humboldt交换机就采用了50/50的传统电气接口和共封装光学接口的混合。2023年初，博通又推出了第二代CPO交换机，带宽翻倍，达到了51.2Tbit/秒，同时将每个端口的功耗降低到原来的三分之一。
CPO技术的优势在于，随着AI系统的发展，带宽和组件数量不断增加，而光学器件的成本也在上升。通过集成到硅光子学中，可以将更多组件放到单个芯片上，从而降低成本。此外，CPO技术还可以消除ASIC和光学器件之间复杂的电气通道，提高可靠性。例如，博通的Bailly 51.2-Tbps CPO以太网交换机系统就将光链路功率降低了70%。
除了博通，英特尔也在积极推进芯片到芯片的光学互连研究。英特尔认为，硅光子学是扩大计算机处理器之间通信带宽的下一个前沿。通过将硅集成电路与半导体激光器相结合，可以实现更快、更远距离的数据传输，同时支持更高带宽的数据传输和软件定义的基础设施。
英特尔推出了首款OCI Chiplet，展示了其4Tbps的光学新方案。OCI芯片通过在数据中心和高性能计算应用中实现共同封装的光学输入/输出(I/O)，代表了高带宽互连的一次飞跃。首款OCI芯片支持64个通道，每个通道的数据传输速度为32Gbps，最长可达100米，有望满足AI基础设施对更高带宽、更低功耗和更长传输距离的需求。
英特尔通过一个比喻说明了电气I/O互连与新的OCI芯片之间的区别。电气I/O互连就像是同一街区的房屋，居民可以轻松地与邻居交流，但这种交流在街区之外是不可能实现的。而OCI芯片就像是为这些居民提供了一辆摩托车，使他们能够一次运送更多货物，运送到更远的距离，同时消耗更少的能源。
除了博通和英特尔，其他公司如Ayar Labs、LightMatter和Celestial AI也在光互连领域取得了进展。例如，Ayar Labs展示了其TeraPHY共封装光学解决方案和SuperNova光源的最新进展，允许将光学器件直接插入芯片封装中，摆脱PCB和长电气走线的限制。
总之，随着AI系统对高速数据传输需求的不断增长，光互连技术成为了一个重要的发展方向。博通和英特尔等公司在这一领域的探索和创新，有望为未来的AI系统提供更高效、更可靠的连接解决方案。
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【原文作者】 半导体行业观察
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