行業(yè)研究|光互連技術引領高性能計算進入新時代

  概要

  ICC訊 本文探討了光互連技術解決高性能計算系統(tǒng)瓶頸、實現(xiàn)新體系結構的潛力。文章歸納 Hyperion Research 2023年對用戶和供應商關于未來系統(tǒng)高影響力技術的看法調查關鍵發(fā)現(xiàn)。結果顯示，業(yè)內強烈認為光互連技術在近期（1-2年內）和更長期（4-6年內）將對高性能計算產生重大影響。用戶和供應商一致認為，光互連在緩解輸入輸出帶寬限制、提升網絡吞吐量等方面具有巨大潛力。總體來看，光互連技術有望在滿足新興工作負載需求中發(fā)揮關鍵作用。

  導言

  當代高性能計算工作負載不斷推動現(xiàn)有系統(tǒng)架構極限。CPU和GPU性能持續(xù)提高，但系統(tǒng)互連和網絡跟不上步伐。這導致性能瓶頸制約了整體應用性能。展望未來，人工智能、機器學習、大數(shù)據(jù)分析等新興工作負載將對系統(tǒng)網絡和輸入輸出提出更高要求。實現(xiàn)下一代高性能計算機需要新的互連技術大幅提升帶寬。一個有前景的解決方案是在處理器封裝中直接集成光輸入輸出。光互連長期以來是數(shù)據(jù)中心網絡支柱，近年創(chuàng)新使光信號克服電信號在芯片間通信局限。本文總結 Hyperion Research 2023年有關高性能計算系統(tǒng)光互連的用戶和供應商預期的行業(yè)研究。發(fā)現(xiàn)業(yè)內對光互連技術解決當前和未來幾年系統(tǒng)關鍵瓶頸寄予厚望。

  當前高性能計算主要瓶頸

  用戶和供應商對當前高性能計算系統(tǒng)最關鍵瓶頸問題有共識。如圖1，約35%用戶認為輸入輸出帶寬和計算與內存是最大瓶頸，這表明處理器與內存間的數(shù)據(jù)傳輸是重要痛點。供應商中超過50%視計算內存帶寬為主要網絡限制。兩者都認為應用程序整體數(shù)據(jù)吞吐量是重要性能制約。這確認當前高性能計算系統(tǒng)難以提供足夠輸入輸出吞吐量和帶寬滿足應用需求。處理器、內存、存儲之間需要更高速鏈接迫在眉睫。

  未來系統(tǒng)新興需求

  展望未來系統(tǒng)需求，用戶和供應商在幾個關鍵點上達成共識。超過75%受訪者強調資源分散和可組合系統(tǒng)必要性，以優(yōu)化特定工作負載。用戶還將系統(tǒng)擴展和網絡吞吐量提升作為重中之重。供應商方面認為光互連和內存計算是對未來體系結構影響最大的技術。圖2顯示供應商看法，未來4-6年內最高影響技術以光互連為主，高達30%選票，內存計算也很重要。

  實現(xiàn)光互連技術商業(yè)采用之路

  盡管用戶和供應商都認可光互連前景，但對其成熟時間預期有差異。圖3和圖4比較用戶和供應商對2年內和4-6年內實現(xiàn)的封裝外吞吐量預期。用戶預計4-6年內實現(xiàn)50 Tbps鏈接，而大多數(shù)供應商認為20-50 Tbps仍需5年以上。但兩者都看好光互連在不久后將迅速突破10 Tbps，相比當前電互連提升10倍。要實現(xiàn)這一增益，標準和生態(tài)必須進化支持光集成。Ayar Labs通過提供處理器封裝內的光輸入輸出“chiplets”，旨在加速商業(yè)采用。通過互操作光組件避免專有接口，平滑光互連發(fā)展之路。

  結論

  光互連技術有望對未來高性能計算系統(tǒng)設計產生重大影響。用戶和供應商都充滿信心，光互連可以幫助克服輸入輸出帶寬、吞吐量、計算內存性能等當前瓶頸。盡管采納時間表仍不確定，業(yè)界廣泛認為光互連能力將在未來數(shù)年內迅速提升至10 Tbps以上，大大提高數(shù)據(jù)傳輸能力以發(fā)揮新型處理器、加速器、內存等硬件潛力。在適宜的標準和生態(tài)系統(tǒng)支持下，光互連可能是開啟新興高性能計算硬件全潛能的關鍵創(chuàng)新。全光互連系統(tǒng)的未來一片光明。