OCP24：AI時(shí)代需要光學(xué)技術(shù)同行

  ICC訊  2024年10月15日至17日，開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目全球峰會(huì)2024（簡(jiǎn)稱OCP24）在美國(guó)加州圣何塞舉行。OCP是一個(gè)專注于計(jì)算的展會(huì)，在過(guò)去幾年里，由于人工智能的發(fā)展，該展會(huì)的重要性得到了極大的提升。在OCP24上，盡管多數(shù)參會(huì)者聚焦于AI架構(gòu)、功率、液冷及軟件的討論，但有一個(gè)座無(wú)虛席的會(huì)議，專門(mén)探討網(wǎng)絡(luò)和光學(xué)技術(shù)對(duì)于當(dāng)前及未來(lái)AI節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展性的重要意義。Meta強(qiáng)調(diào)，目前仍不清楚如何在不增加更多GPU的情況下從大型AI模型中獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果（因?yàn)楦叩臏?zhǔn)確性意味著需要更多的參數(shù)，而更多的參數(shù)則需要更多的GPU資源），這意味著數(shù)據(jù)中心對(duì)光學(xué)帶寬的需求不會(huì)停止。

  今年，首次有兩家光學(xué)供應(yīng)商光迅和Ciena在展會(huì)上設(shè)有展位。隨著CIOE和ECOC剛剛落幕，而且OCP并不是傳統(tǒng)的光學(xué)展覽，因此并沒(méi)有任何主要的光學(xué)公告。不過(guò)，這里有關(guān)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光學(xué)技術(shù)未來(lái)的有趣討論，而OCP可能是聽(tīng)取初創(chuàng)公司關(guān)于AI光學(xué)有趣想法的最佳場(chǎng)所。

  本文中涵蓋的主題包括：

  共封裝光學(xué)（CPO）離現(xiàn)實(shí)更近了一步

  Ciena推出400G/通道 —— 出乎意料

  AI節(jié)點(diǎn)中的光學(xué)可靠性和穩(wěn)定性需提升

  LPO——持續(xù)發(fā)展，但問(wèn)題依然存在

  液冷將改變架構(gòu)設(shè)計(jì)

  結(jié)論

  共封裝光學(xué)（CPO）離現(xiàn)實(shí)更近了一步

  近幾年來(lái)，CPO幾乎一直由Intel和Broadcom通過(guò)51.2T交換機(jī)演示進(jìn)行獨(dú)家推廣。去年的OCP會(huì)議上，Micas Networks首次推出了基于Broadcom CPO平臺(tái)的商用交換機(jī)。今年，Micas依然是唯一商用的CPO交換機(jī)廠商，但許多其他公司在他們的演講中也開(kāi)始提及CPO。

  最近，臺(tái)積電（TSMC）宣布正在研究在其工藝流程中集成SiPho，而超大規(guī)模企業(yè)也發(fā)表了令人鼓舞的聲明，CPO似乎比以往任何時(shí)候都更接近現(xiàn)實(shí)——可能在不到五年的時(shí)間內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署。然而，CPO的采用仍然是有些二元化的——要么會(huì)被一個(gè)主要客戶認(rèn)可用于大規(guī)模部署，從而引發(fā)大量需求，要么它仍將是一種少數(shù)較小運(yùn)營(yíng)商采用的小眾產(chǎn)品。目前這個(gè)關(guān)鍵的主要客戶尚未出現(xiàn)，但鑒于AI是一個(gè)核心應(yīng)用場(chǎng)景，Nvidia和超大規(guī)模企業(yè)的ASICs很可能是早期采用者。

  CPO所宣傳的主要好處仍然是功耗（聲稱每800GbE小于5.5W），但它還提供了穩(wěn)定性和更低的延遲。AI模型中困擾光學(xué)連接的偶然錯(cuò)誤（flapping）隨著鏈路中DSP的減少而降低，這可能以犧牲一致性為代價(jià)，換取了鏈路穩(wěn)定性以及較低的誤碼率（BER）。對(duì)于短距離鏈接，這種權(quán)衡可能是值得的。字節(jié)跳動(dòng)在展覽會(huì)上分享了早期試驗(yàn)的結(jié)果，表明第二層網(wǎng)絡(luò)的延遲最高可減少600納秒，第三層網(wǎng)絡(luò)的延遲最高可減少1000納秒（不過(guò)，字節(jié)跳動(dòng)并未解釋第三層網(wǎng)絡(luò)為何會(huì)有更顯著的延遲改善）。

  Micas繼續(xù)開(kāi)發(fā)其CPO平臺(tái)，目前為51.2T，但計(jì)劃在Tomahawk 6可用時(shí)升級(jí)到102.4T。這意味著B(niǎo)roadcom將開(kāi)發(fā)一個(gè)102.4T的CPO板卡。今年Micas已經(jīng)出貨了幾十臺(tái)交換機(jī)，主要用于評(píng)估，并預(yù)計(jì)到2025年最多也只能出貨幾百臺(tái)，因?yàn)閷ふ抑饕蛻舻墓ぷ魅栽诶^續(xù)。騰訊仍然是一個(gè)潛在的客戶（Micas雇傭了一名來(lái)自該公司的高級(jí)工程師），但在短期內(nèi)不會(huì)大量采購(gòu)。

  Broadcom與字節(jié)跳動(dòng)共同展示了CPO，后者展示了一個(gè)潛在的網(wǎng)絡(luò)部署方案，其中CPO交換機(jī)作為頂級(jí)脊柱層，未來(lái)將轉(zhuǎn)移到核心層，直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的主要交換基礎(chǔ)設(shè)施。服務(wù)提供商正在試用一個(gè)商用平臺(tái)的定制版本，據(jù)推測(cè)是Micas，因?yàn)樗鼡碛心壳拔ㄒ坏纳逃闷脚_(tái)。字節(jié)跳動(dòng)表示還沒(méi)有承諾購(gòu)買(mǎi)和部署，并且仍在評(píng)估這項(xiàng)技術(shù)。

  Broadcom與字節(jié)跳動(dòng)共同展示了CPO技術(shù)，展示了一種將CPO交換機(jī)作為T(mén)op Spine層，并在未來(lái)過(guò)渡到核心層的潛在網(wǎng)絡(luò)部署方案，這將使CPO直接成為網(wǎng)絡(luò)主交換基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。服務(wù)提供商正在測(cè)試商用平臺(tái)的定制版本，據(jù)推測(cè)該平臺(tái)為Micas的產(chǎn)品，因?yàn)槟壳八俏ㄒ豢捎玫纳逃闷脚_(tái)。字節(jié)跳動(dòng)表示，他們尚未決定購(gòu)買(mǎi)和部署，并且仍在評(píng)估這項(xiàng)技術(shù)。

  Meta表示，他們正在研究將CPO應(yīng)用于“Scale up域”（即目前使用銅纜連接的機(jī)架內(nèi)部）。隨著這一領(lǐng)域擴(kuò)展到單個(gè)機(jī)架之外并且需要光學(xué)技術(shù)時(shí)，CPO可能成為一個(gè)可行的選擇。Meta相信，由于減少了活動(dòng)組件的數(shù)量，CPO可以提供一個(gè)更可靠的網(wǎng)絡(luò)，減少鏈路故障的發(fā)生。值得一提的是，Meta曾是CPO/NPO技術(shù)的早期倡導(dǎo)者之一，但在后來(lái)停止了內(nèi)部開(kāi)發(fā)。

  Ciena推出400G/通道 —— 出乎意料

  正如Cignal AI在其最新的ECOC 2024報(bào)告中所述，400G/通道電子和光學(xué)器件被認(rèn)為即將公開(kāi)亮相。實(shí)際情況比預(yù)期的更早到來(lái)。在OCP上，Ciena展示了利用其WaveLogic 6e相干DSP中的SERDES實(shí)現(xiàn)的400G/通道PAM4操作。這不是像Marvell或Broadcom這樣的傳統(tǒng)DSP供應(yīng)商，而是Ciena首先在3nm硅片上公開(kāi)演示了400Gbps的操作。Ciena的演示應(yīng)被視為一個(gè)測(cè)試芯片，而該公司正考慮為其多個(gè)組件，包括一個(gè)400Gbps/通道的PAM4 DSP，制定未來(lái)的商業(yè)化計(jì)劃。

  在光學(xué)方面，Hyperlight關(guān)于薄膜鈮酸鋰（TFLN）的演講表明，該材料有足夠的帶寬來(lái)支持400G/通道的光學(xué)器件。Hyperlight還提到，在過(guò)去兩年中，TFLN晶圓制造商的數(shù)量已經(jīng)從一家增加到了三家。硅光子學(xué)（SiPho）幾乎肯定不能在400G/通道條件下工作，即使是InP EMLs也可能面臨性能問(wèn)題。盡管TFLN在大規(guī)模生產(chǎn)中尚未得到驗(yàn)證，但它仍然是2028年后實(shí)現(xiàn)400Gbps/通道3.2GbE的一個(gè)強(qiáng)有力候選者。

  AI節(jié)點(diǎn)中的光學(xué)可靠性和穩(wěn)定性需提升

  在Cignal AI的CIOE報(bào)告（CIOE24：洞察中國(guó)市場(chǎng)）中，該市場(chǎng)調(diào)研公司首次提到了光學(xué)器件中的bit error和flapping導(dǎo)致AI模型失敗的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在這次OCP上被多次提及。AI模型中的鏈路錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算周期失敗，并需要從檢查點(diǎn)重新啟動(dòng)。然而，光學(xué)方面的消息比最初報(bào)道的要樂(lè)觀：

  Meta展示了其模型數(shù)據(jù)，顯示GPU的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光學(xué)鏈路。在初步數(shù)據(jù)中，約80%的模型故障是硬件問(wèn)題造成的，其中60%是由于GPU故障。網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題是導(dǎo)致故障的第四大因素——雖然這并不理想，但情況并不像最初認(rèn)為的那樣嚴(yán)重。

  Meta還指出，400GbE模塊的故障大多是因?yàn)橹圃靻?wèn)題，而非激光器故障（200GbE模塊的故障主要是由于DML，但400GbE使用了更為可靠的EML）。制造問(wèn)題相比基本的半導(dǎo)體可靠性問(wèn)題應(yīng)該更容易解決。

  此外，Meta表示，所有硬件——無(wú)論是光學(xué)器件還是ASIC——的故障率隨時(shí)間逐漸下降，這表明存在一些尚未確定的早期失效原因。同樣，這應(yīng)該是一個(gè)比可靠性故障更容易解決的問(wèn)題。

  旭創(chuàng)展示的數(shù)據(jù)表明，基于硅光子學(xué)（SiPho）的光學(xué)器件的可靠性有了顯著提高。這家公司已經(jīng)售出了數(shù)百萬(wàn)個(gè)可插拔模塊，其現(xiàn)有產(chǎn)品的FIT率低于0.4，這對(duì)于1.6Gbps速率下的低成本SiPho光學(xué)器件而言是個(gè)積極的信號(hào)。

  LPO——持續(xù)發(fā)展，但問(wèn)題依然存在

  線性可插拔光學(xué)（LPO）繼續(xù)在各類展覽會(huì)上受到關(guān)注，特別是在Arista的Andy Bechtolsheim出席的場(chǎng)合。然而，目前還沒(méi)有大型客戶正式采用這項(xiàng)技術(shù)。即便互操作性問(wèn)題得到了解決，故障排查和管理方面的問(wèn)題仍然存在。因此，盡管業(yè)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的討論持續(xù)不斷，但Cignal AI的預(yù)測(cè)（800GbE市場(chǎng)中不足10%的份額）自一年前《線性驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)機(jī)會(huì)》（The Linear Drive Market Opportunity）報(bào)告發(fā)布以來(lái)，一直未發(fā)生變化。

  在一個(gè)光學(xué)專題的演講中，Meta表示LPO正處于“積極研究”階段，但從LPO在OFC23上引起關(guān)注到現(xiàn)在已接近兩年，研究尚未轉(zhuǎn)化為實(shí)際部署。Meta還報(bào)告稱，排查光學(xué)鏈路固有的困難很大；據(jù)報(bào)告，因故障退回的模塊中有75%被診斷為未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題（NTF），這意味著光學(xué)器件并非錯(cuò)誤來(lái)源。由于LPO進(jìn)一步減少了用于鏈路評(píng)估的遙測(cè)數(shù)據(jù)，問(wèn)題可能會(huì)變得更復(fù)雜，盡管鏈路中的活動(dòng)組件減少可能會(huì)提高整體可靠性。

  或許對(duì)LPO的最大激勵(lì)來(lái)自Chris Cole的觀點(diǎn)（Cignal AI也有同樣的看法），即對(duì)于當(dāng)前的AI運(yùn)營(yíng)者而言，部署速度遠(yuǎn)比在光學(xué)器件上節(jié)省一點(diǎn)能耗重要得多——因此，基于DSP的光學(xué)器件（MOP）仍將是首選架構(gòu)。

  1.6T可能會(huì)為L(zhǎng)PO——或者說(shuō)更有可能是LRO——提供機(jī)會(huì)，因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有既定的MOP。OCP24上的演講者承認(rèn)，200G/通道的LPO更具挑戰(zhàn)性，這意味著其部署并不確定。

  液冷將改變架構(gòu)設(shè)計(jì)

  下一代AI設(shè)施將需要液冷技術(shù)，因?yàn)閱蝹€(gè)機(jī)架的散熱需求將超過(guò)100千瓦。在展會(huì)上，可以看到許多液冷供應(yīng)商及其演示。正如Cignal AI在ECOC報(bào)告中討論的，液冷技術(shù)將會(huì)改變?cè)O(shè)備的設(shè)計(jì)。Credo展示液冷技術(shù)也將使得電氣連接（如銅線/AEC）更加普及。隨著液冷技術(shù)的應(yīng)用，AI節(jié)點(diǎn)的密度增加，GPU之間的距離變短，從而使得銅連接可以用于更多的地方。一旦不再依賴風(fēng)冷，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)肯定會(huì)經(jīng)歷重大變革。

  結(jié)論

  雖然OCP不是一個(gè)專門(mén)的光學(xué)展會(huì)，但它展示了未來(lái)幾年由AI推動(dòng)的光學(xué)需求和發(fā)展趨勢(shì)。雖然銅線在AI節(jié)點(diǎn)內(nèi)部還將長(zhǎng)期使用，但隨著速度提升和集群范圍擴(kuò)大，光學(xué)技術(shù)變得不可或缺。光學(xué)帶寬需求不斷增加，同時(shí)由于AI模型參數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，功耗問(wèn)題仍然突出。盡管許多光學(xué)互聯(lián)的創(chuàng)新可能不會(huì)被廣泛采納，但它們有望挑戰(zhàn)行業(yè)對(duì)光學(xué)互聯(lián)的看法。這是一個(gè)屬于AI的時(shí)代，光學(xué)技術(shù)也被邀請(qǐng)一同前行。

  原文：OCP24: Optical Gets Invited to the AI Party - Cignal AI- https://cignal.ai/2024/10/ocp24-optical-gets-invited-to-the-ai-party/