أنتجت شركة Nvidia بشكل كامل مفاتيح التبديل CPO، ومراكز بيانات الذكاء الاصطناعي تدخل "عصر السيليكون الضوئي"!

أعلنت Nvidia أن مفتاح التحويل Spectrum-X Ethernet الضوئي قد دخل رسميًا مرحلة الإنتاج الضخم الكامل، مما يمثل نقطة تحول رئيسية في بنية شبكات مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.

يركز المنتج الأساسي في هذا الإنتاج الضخم على دمج تقنية التغليف البصري المشترك (CPO) بعمق مع شريحة التحويل، مما يغير تمامًا طريقة تحويل الإشارات في الوحدات الضوئية التقليدية القابلة للإدخال. وذكرت Nvidia أن البنية الجديدة تحقق كفاءة في استهلاك الطاقة للشبكة أعلى بخمس مرات، وزيادة في زمن التشغيل المستمر لتطبيقات الذكاء الاصطناعي بخمس مرات، وتمديد متوسط فترة الوقت بين الأعطال بعشر مرات مقارنةً بالشبكات البصرية التقليدية القابلة للإدخال. يمثل هذا التحول الكبير في الأداء قيمة مباشرة لتكاليف التشغيل والاعتمادية لشركات الحوسبة السحابية ومشغلي بنية الذكاء الاصطناعي الذين يقومون بتوسيع مجموعات GPU على نطاق واسع.

يشمل الإنتاج الضخم سلسلة صناعية تغطي عدة موردين رائدين: تتولى TSMC تصنيع شرائح السيليكون الضوئي، بينما تتولى ASE التجميع والاختبار على مستوى الشريحة، وتقوم كل من Lumentum وTFC بتوريد مكونات الليزر، وتتولى Foxconn تطوير وتجميع نظام المحول بالكامل. وتقوم Nvidia بالاختبار النهائي لمحول التحويل قبل الشحن. هذا النهج في سلسلة التوريد يشير إلى أن تقنية التكامل الضوئي تتسلل تدريجيًا إلى قلب عتاد الذكاء الاصطناعي، ومن المتوقع أن تستفيد الشركات المرتبطة بسلسلة القيمة هذه من توسع الطلب.

عادةً ما يتم إدخال وحدات ضوئية مستقلة على لوحة كل محول في شبكة مراكز البيانات التقليدية لتحويل الإشارات الكهربائية إلى ضوئية والعكس. على الرغم من نضوج هذه الطريقة، إلا أنها تعاني من عيوب متأصلة مثل الاستهلاك العالي للطاقة، وضغط التبريد المرتفع، وكثرة نقاط الفشل—وتتضاعف هذه المشكلات بشكل كبير في مجموعات تدريب الذكاء الاصطناعي التي تضم آلاف وحدات GPU المتواصلة بشكل متزامن.

يحتوي الحل الضوئي Spectrum-X Ethernet من Nvidia على دمج المحرك البصري مع شريحة التحويل في وحدة متعددة الشرائح واحدة، ما يسمح بتحويل الإشارات بالقرب من الـ ASIC الخاصة بالتحويل، ويقلل بشكل كبير من طول المسارات الكهربائية، ومن ثم الحد من فقدان الإشارة واستهلاك الطاقة. كما تم تبني تصميم مركزي لتوفير الضوء من وحدات الليزر الخارجية إلى جميع المحركات البصرية، مما يقلل عدد وحدات الليزر المطلوبة بنسبة 75% مقارنةً بالحلول التقليدية، ويخفض من استهلاك الطاقة والتوليد الحراري.

يحقق هذا النظام كثافة عالية للمنافذ داخل كابينات التبريد السائل. يمكن لطراز SN6810 بحجم 2U استيعاب 128 منفذ بسرعة 800 Gb/s لكل منفذ، ليصل إجمالي عرض النطاق إلى 102.4 Tb/s؛ بينما يدمج طراز SN6800 بحجم 5U أربع شرائح تحويل ويوفر 512 منفذ بسرعة 800 Gb/s أو أكثر من ألفي منفذ بسرعة 200 Gb/s، بعرض نطاق إجمالي يصل إلى 409.6 Tb/s. ويدمج الهيكل الأكبر وحدات الربط الضوئية الداخلية، ما يدعم توسيع العرض الأفقي دون الحاجة لطبقات تحويل إضافية، ويقلل فعليًا من تأخير الشبكة.

كانت تقنية CPO تواجه منذ فترة طويلة عوائق في الإنتاج الضخم بسبب تعقيد عمليات التصنيع وصعوبة التحكم في الجودة. وقد تمكنت Nvidia هذه المرة من تحقيق الإنتاج الضخم الكامل بفضل إعادة هيكلة شاملة لعمليات التجميع.

يتم تثبيت المحرك البصري مباشرة فوق لوح الوحدة عبر تقنية اللحام، وهي عملية متوافقة مع خطوط الإنتاج القياسية الحالية وتقلل من تعقيد التصنيع. كما أن التصميم الخاص بالموصل الضوئي في أعلى الوحدة يحسن بشكل أكبر من دقة التجميع ونسبة المنتجات السليمة. ويوفر نموذج سلسلة التوريد التشاركي بين عدة شركات تكاملًا بين الخبرات في تصنيع السيليكونات الضوئية، والتجميع والاختبار، وتوريد وحدات الليزر والتجميع النهائي، وهذا يؤسس هندسياً للشحن على نطاق واسع.

محول CPO هو مجرد أحد مكونات العتاد في منصة Spectrum-X، حيث تتميز المنصة أيضًا بتصميم نظم متكامل على مستوى البرمجيات والهندسة لتلبية أحمال العمل الخاصة بالذكاء الاصطناعي.

تحتوي المنصة على توجيه تكيفي، وتحكم في الازدحام، وقدرات مراقبة شاملة من طرف إلى طرف، لضمان استقرار التدفق في بيئات تضم آلاف وحدات GPU متواصلة في نفس الوقت. وتسمح بنية الشبكة متعددة المستويات بتوزيع الاتصال عبر عدة طبقات منفصلة من الشبكة، ما يقي من انقطاع المهمة كاملة نتيجة فشل نقطة واحدة. طرحت Nvidia أيضًا Spectrum-XGS، والتي توسع نفس العمارة الشبكية لتشمل مبانٍ كاملة أو حتى مجمعات، وتدعم دمج عدة مراكز بيانات في نظام تشغيلي واحد.

تقول Nvidia إن منصة Spectrum-X يمكنها رفع سرعة الشبكة للذكاء الاصطناعي بمقدار 1.6 مرة مقارنةً بالإيثرنت التقليدي، مع الحفاظ على التوافق مع الأدوات المفتوحة الشهيرة مثل SONiC، مما يخفض من تكاليف النقل والتشغيل للمستخدمين.