Ffigur 1: Manteision allweddol Cwmni Amlblecsu Is-adran Donfedd Dwysedd-Opteg wedi'i Becynnu (DWDMCPO). (Credyd delwedd: Scintil Photonics)
Mae yna ddywediad ym maes dylunio canolfan ddata: "Defnyddiwch geblau copr lle bynnag y bo modd, a throi at dechnoleg optegol dim ond pan fo ffibr yn gwbl angenrheidiol." Ers blynyddoedd, dull pragmatig y diwydiant fu blaenoriaethu ceblau copr cost isel nes bod cyfreithiau ffiseg yn gorfodi uwchraddio technolegol. Ond heddiw, gan fod clystyrau cyfrifiadura deallusrwydd artiffisial (AI) yn symud tuag at raddfa "ffatrïoedd pŵer cyfrifiadurol" gan ddefnyddio miliynau o unedau prosesu graffeg (GPUs), ac mae effeithiolrwydd cost canolfan ddata yn wynebu pwysau aruthrol, mae pobl yn darganfod bod y pwynt troi technolegol "dim "opteg" hwn wedi cyrraedd yn llawer cynt nag a ragwelwyd gan unrhyw un.
Mae penseiri rhwydwaith wedi bod yn ymwybodol ers tro bod gan geblau copr gyfyngiadau sylweddol o ran pellter trosglwyddo o dan senarios-cyflymder uchel, ond ychydig sydd wedi dadansoddi'r achosion sylfaenol o safbwynt ffisegol sylfaenol. Er bod peirianwyr rhwydwaith wedi gwthio terfynau pellter trosglwyddo cebl copr a lled band i'r eithaf gyda'u harbenigedd, ni ellir goresgyn cyfyngiadau deddfau ffiseg; mae hyd yn oed y dyluniadau peirianneg mwyaf dyfeisgar yn ei chael hi'n anodd goresgyn cyfyngiadau cynhenid ceblau copr. Mae deall hyn yn esbonio pam mae'r diwydiant yn symud ar frys tuag at dechnoleg Opteg Becynnu (CPO).
Po uchaf yw amlder y signalau trydanol a drosglwyddir trwy geblau copr, yr uchaf yw'r gyfradd symbolau a'r lled band, a'r mwyaf o wybodaeth y gallant ei chario. Y broblem yw, wrth i amlder signal gynyddu, mae pellter trosglwyddo yn gostwng yn sylweddol. Mae dau brif achos o golli signal: effaith y croen a cholled dielectrig.
Effaith Croen: "Crynodiad Arwyneb" y Cerrynt
Pan fydd signal AC yn teithio trwy gebl copr, mae'r maes magnetig cyfnewidiol yn achosi ceryntau trolif o fewn y dargludydd. Mae'r maes magnetig a gynhyrchir gan y ceryntau trolif hyn yn canslo maes magnetig y signal yng nghanol y cebl. Po gyflymaf y mae maes magnetig y signal yn newid-hynny yw, yr uchaf yw'r amledd-y cryfaf y daw'r effaith ganslo hon.
Y canlyniad uniongyrchol yw bod y cerrynt yn cael ei "wasgu" i haen wyneb hynod denau o'r dargludydd; gelwir trwch yr haen hon yn ddyfnder croen. Mae trosglwyddiad signal cyfredol mewn canolfannau data AI yn aml yn defnyddio amleddau o gwmpas 53 GHz. Ar yr amlder hwn, dim ond 0.3 μm yw dyfnder croen ceblau copr. Mae haen drawsyrru tenau o'r fath yn defnyddio llai nag 1% o arwynebedd trawsdoriadol y dargludydd, gan achosi ymwrthedd y cebl i skyrocket -hyd yn oed yn fwy na gwrthiant DC fwy na 100 gwaith.
Colled Dielectric: "Gwahanu Ynni" yn yr Haen Inswleiddio
Prif droseddwr arall y tu ôl i wanhad signal mewn ceblau copr yw colled deuelectrig. Mewn senarios -amledd uchel ar lefel gigahertz, ni all y moleciwlau o fewn insiwleiddio deuelectrig y cebl gadw i fyny ag amrywiadau cyflym y maes trydan. Mae'r oedi rhwng amrywiadau cyflym y maes trydan ac ymateb lag y moleciwlau yn trosi egni electromagnetig y signal yn ynni thermol, gan arwain at golli ynni.
Colledion Deuol: Gwendid Angheuol Ceblau Copr
Pan fydd effaith croen a cholled dielectrig yn cyd-fynd, mae colled signal mewn ceblau copr yn cynyddu'n esbonyddol wrth i amlder godi.
I ddangos hyn yn glir: ar amledd o 50 GHz, hyd yn oed gyda-ceblau copr o ansawdd uchel, bydd y golled gyfunol o'r ddwy effaith hyn yn defnyddio dros 90% o'r gyllideb pŵer signal o fewn pellter trosglwyddo o 2 fetr. Mae priodweddau ffisegol ceblau copr yn pennu gwrth-ddweud craidd anghymodlon: ni ellir cyflawni lled band a phellter trosglwyddo ar yr un pryd.
Co-Pecyn Opteg (DWDMCPO)
Heddiw, mae'r dagfa perfformiad ar gyfer clystyrau hyfforddi AI wedi symud o weithrediadau pwynt symudol yr eiliad (FLOPS) i ofynion lled band.
Mewn rhwydweithiau graddadwy gyda chof cyson, mae angen cenhedlaeth newydd o dechnoleg rhwydweithio i fodloni gofynion lluosog:
|Wrth i'r defnydd o bŵer ddod yn ffactor sy'n cyfyngu ar osod canolfannau data, mae angen defnydd pŵer is fesul darn;
| Gan nad gweithrediadau pwynt arnawf yw'r dagfa bellach, rhaid darparu lled band mwy ar gyfer pob prosesydd;
| Wrth i ofod ffisegol ar gyfer defnyddio ffibr ddod yn gyfyngedig, rhaid cyflawni dwysedd integreiddio uwch;
| Er mwyn galluogi graddio llorweddol croes-rac, rhaid cefnogi pellteroedd trawsyrru hirach;
| Er mwyn cynnal cysondeb parth cof a gwella'r defnydd o GPU, mae angen cuddni cynffon isel iawn;
| Mae dibynadwyedd uchel a rhwyddineb cynnal a chadw hefyd yn hanfodol.
Pan ddaw hwyrni cynffon yn gyfyngiad craidd, bydd bodloni'r gofynion uchod yn rhoi hwb sylweddol i'r defnydd o GPU (mae rhai amcangyfrifon model yn dangos y gall defnydd fwy na dyblu), lleihau'r defnydd o bŵer rhwydwaith yn sylweddol, a gwella perfformiad model diwedd i-ddiweddu. Ar hyn o bryd, DWDMCPO yw'r unig ddull technegol sy'n gallu bodloni'r gofynion llym hyn ar yr un pryd, a bydd yn dod â thrawsnewidiadau budd-daliadau pellgyrhaeddol i weithredwyr canolfannau data ar raddfa fawr.
Trwy drosglwyddo tonfeddi lluosog o olau dros un ffibr, mae technoleg DWDMCPO yn darparu sianeli cyflymder isel, llydan lluosog i bob GPU. Trwy raddio nifer y tonfeddi a drosglwyddir o 1 i 8, 16, neu hyd yn oed mwy, mae'r patrwm graddio geometrig hwn ar fin chwyldroi rhwydweithiau AI, yn union fel y chwyldroodd technoleg DWDM asgwrn cefn y Rhyngrwyd 25 mlynedd yn ôl.
Cyfradd trosglwyddo sianel sengl DWDM yw tua 50–64 Gbit yr eiliad, sy'n dod o fewn y categori trosglwyddo cyflymder isel. Mae'r nodwedd hon yn caniatáu i beirianwyr symleiddio'r cynllun amgodio data o PAM4 i NRZ. Mae'r symleiddio hwn yn dileu sawl cam prosesu signal costus a dwys, gan gyflawni gostyngiadau deuol mewn defnydd pŵer a hwyrni trwy symleiddio'r llwybr trosglwyddo signal.
Cudd-gynffon yw'r "lladdwr tawel" canolfan ddata erydu ROI. Pan fydd clystyrau GPU yn prosesu tocynnau data, mae angen mewnbwn llif did parhaus, rhagweladwy arnynt. Os bydd un darn yn profi oedi wrth drosglwyddo, mae gweddill y clwstwr yn mynd yn segur, gan leihau'r defnydd o broseswyr yn sylweddol. Wrth i nifer y proseswyr mewn clwstwr gynyddu, mae'r tebygolrwydd o hwyrni bit cynffon lefel p999 yn codi'n sylweddol, ac mae'r defnydd o broseswyr yn gostwng yn unol â hynny.
Heb -latency, isel-pŵer,{-ystod hir{{-dechnoleg DWDMCPO, byddai graddadwyedd rhwydweithiau yn gyfyngedig, a byddai perfformiad modelau iaith mawr (LLMs) o'r herwydd yn cael ei gyfyngu. Gall rhwydweithiau graddfa mwy, mwy gwastad, isel-latency scalable gefnogi caches gwerth bysell mwy, gan gynyddu maint ffenestr cyd-destun y model a pherthnasedd cynnwys yn uniongyrchol, gan ehangu cof gweithio effeithiol yr LLM i bob pwrpas. Mae lled band hwyrni isel cynyddol hefyd yn gallu cynyddu nifer yr haenau trawsnewidyddion, gan alluogi modelau i feddu ar alluoedd meddwl a rhesymu dyfnach. Yn fyr: mae torri trwy'r cyfyngiadau cyfathrebu rhwng sglodion yn caniatáu i LLMs storio mwy o wybodaeth yn y cof gweithredol a chwblhau mwy o gamau rhesymu heb atal dweud.
Heb os, roedd ceblau copr yn dechnoleg wych yn ei ddydd, ond mae ei gyfyngiadau ffisegol cynhenid wedi creu angen brys am dechnolegau rhwydweithio mwy datblygedig i wella'n sylweddol yr elw ar fuddsoddiad ar gyfer canolfannau data hyperscale ac ehangu galluoedd LLMs.
Mewn ychydig flynyddoedd, bydd canolfannau data deallusrwydd artiffisial sydd wedi'u hadeiladu'n gyfan gwbl ar geblau copr yn dod mor annirnadwy â chysylltiadau rhyngrwyd pellter hir sy'n dibynnu ar gopr yn unig.
Rhaid i weithredwyr canolfannau data hyperscale, buddsoddwyr, datblygwyr LLM, a rhanddeiliaid eraill mewn seilwaith AI gymryd y duedd dechnolegol hon o ddifrif: bydd nid yn unig yn ail-lunio tirwedd cost-effeithiolrwydd canolfannau data yn sylfaenol ond hefyd yn ehangu ffiniau galluoedd AI yn barhaus. Bydd mentrau sy'n mabwysiadu technoleg DWDMCPO yn gyntaf yn sefydlu manteision pensaernïol o ran cost, defnydd pŵer a pherfformiad; bydd y manteision hyn yn parhau i chwyddo wrth i seilwaith AI gynyddu.
